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ZAIRA MELISSA SILVA LATORRE
VARIATION DES PROPRIÉTÉS DES BOIS DE BOULEAU JAUNE ET DE HÊTRE À GRANDES
FEUILLES EN FONCTION DE L’HUMIDITÉ D’ÉQUILIBRE À DEUX TEMPÉRATURES
Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l’Université Laval
dans le cadre du programme de maîtrise en sciences du bois pour l’obtention du grade de maître ès sciences (M.Sc.)
DÉPARTEMENT DES SCIENCES DU BOIS ET DE LA FORÊT FACULTÉ DE FORESTERIE ET DE GÉOMATIQUE
UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC
MARS 2007 © Zaira Silva Latorre, 2007
Remerciements J’aimerais remercier mon directeur de recherche, le professeur Roger Hernández, pour son
support, intérêt et surtout encouragement tout au long de ce projet. Je tiens également à
remercier Mme Tatjana Stevanovic, qui m’a permis de venir faire des études à l’université
Laval.
Je voudrais aussi exprimer ma gratitude au professeur Yves Fortin et à Mme Giana
Almeida pour leurs conseils et leurs commentaires très précieux.
J’ai aussi beaucoup apprécié la collaboration de tous les techniciens, et de tous mes amis
qui m’ont aidé d’une manière ou d’une autre au progrès de ce travail.
À tout le Département des sciences du bois et de la forêt et à l’Université Laval.
Finalement, je remercie toute ma famille et spécialement ma mère pour leur soutien moral
et à Benoit St-Pierre pour son aide et encouragement constant qui m’a permis de terminer
ce travail de recherche.
Résumé L’objectif principal de cette étude a été d’établir l’effet de la teneur en humidité d’équilibre
sur les propriétés du bois à deux niveaux de température. Deux espèces feuillues tempérées
ont été étudiées, soit le bouleau jaune et le hêtre à grandes feuilles. La région près du point
de saturation des fibres (PSF) a été particulièrement visée. Deux méthodes de désorption
d'humidité aux températures de 25°C et 50°C ont été appliquées, soit la méthode des
solutions salines saturées et celle de la membrane poreuse sous pression. Celles-ci ont été
couplées avec des mesures du retrait ainsi qu’à des essais de compression tangentielle. Les
résultats ont montré qu’à l’équilibre de sorption, le retrait du bois a commencé avant même
d'atteindre le PSF. Alors, ces résultats indiquent qu’une perte de l’eau hygroscopique a lieu
en présence d’eau liquide. L’eau liquide qui reste à ce moment serait localisée dans les
tissus les moins perméables du bois, soit les rayons ligneux. Une augmentation de la
température augmenterait la perméabilité de ces tissus en facilitant la désorption de l’eau
restante. Ainsi, la teneur en humidité d’équilibre marquant le début des changements des
propriétés du bois diminue avec une augmentation de la température. Cette valeur se
rapprocherait ainsi du PSF au fur et à mesure que la température s’élève. De plus, le retrait
du bois de hêtre à 50°C semble avoir été affecté par un léger collapse localisé dans les
zones plus faibles du bois. Enfin, l’hygroscopicité et les propriétés mécaniques du bois ont
été plus faibles à 50°C qu’à 25°C.
A Dios ante todo, a mis padres Olga y Julio, a mis hermanos
Sandra y Julito, y a Benoit
Table des matières Remerciements.........................................................................................................................i Résumé................................................................................................................................... ii Table des matières .................................................................................................................iv Liste des tableaux...................................................................................................................vi Liste des figures .................................................................................................................. viii Introduction.............................................................................................................................1 Chapitre 1................................................................................................................................3 Revue de littérature.................................................................................................................3
1.1. Hygroscopicité et domaine hygroscopique.............................................................3 1.2. Hystérèse de la sorption d’humidité .......................................................................5 1.3. Hystérèse à saturation d’humidité...........................................................................7 1.4. Effet de l’hystérèse à saturation sur les propriétés du bois...................................11 1.5. Effet de la température sur les propriétés du bois.................................................17 1.6. Objectifs et hypothèses du travail .........................................................................18
Chapitre 2..............................................................................................................................22 Matériel d’essai.....................................................................................................................22
2.1. Espèces ligneuses..................................................................................................22 2.2. Préparation et sélection des éprouvettes ...............................................................22 2.3. Jumelage et principales caractéristiques des éprouvettes .....................................25
Chapitre 3..............................................................................................................................29 Méthode expérimentale.........................................................................................................29
3.1. Traitements préalables des éprouvettes ................................................................29 3.2. Essais de sorption..................................................................................................31
3.2.1. Caractéristiques générales.............................................................................31 3.2.2. Méthode des solutions salines saturées.........................................................32 3.2.3. Méthode de la membrane poreuse sous pression..........................................36
3.3. Essais mécaniques.................................................................................................39 3.3.1. Essais de compression ..................................................................................39 3.3.2. Mesure des déformations ..............................................................................42
3.4. Mesure des dimensions du bois ............................................................................43 Chapitre 4..............................................................................................................................44 Exécution des essais..............................................................................................................44
4.1. Sorption d’humidité ..............................................................................................44 4.1.1. Méthode des solutions salines saturées.........................................................44 4.1.2. Méthode de la membrane sous pression .......................................................44 4.1.3. Détermination de la teneur en humidité d’équilibre .....................................45
4.2. Compression tangentielle......................................................................................47 4.3. Détermination du retrait........................................................................................49
Chapitre 5..............................................................................................................................51 Présentation des résultats ......................................................................................................51 Chapitre 6..............................................................................................................................71 Discussion des résultats ........................................................................................................71
v
6.1. Précision des mesures et variabilité ......................................................................71 6.2. Hygroscopicité du bois .........................................................................................73 6.3. Le point de saturation des fibres ...........................................................................83 6.4. Relation entre l’humidité d’équilibre du bois et le retrait.....................................84 6.5. Relation entre la teneur en humidité d’équilibre et la compression tangentielle..89
Conclusion ............................................................................................................................92 Bibliographie ........................................................................................................................94
Liste des tableaux
Tableau 1. Caractéristiques physico-mécaniques des espèces étudiées (d’après Jessome 2000)......................................................................................................23
Tableau 2. Caractéristiques anatomiques quantitatives des espèces étudiées (d’après Almeida et Hernández, 2006c). ...........................................................................23
Tableau 3. Identification et jumelage des éprouvettes..........................................................27
Tableau 4. Caractéristiques des conditions de sorption d'humidité utilisées et destination des groupes d’éprouvettes. ................................................................28
Tableau 5. Relation entre le potentiel hydrique, l’humidité relative et le rayon capillaire à 25°C et 50°C. ....................................................................................37
Tableau 6. Vitesses de déplacement de la traverse mobile de la machine à essai mécanique en fonction de la teneur en humidité moyenne de l’éprouvette.........41
Tableau 7. Temps final requis pour l’obtention de l’équilibre d’humidité pour les deux espèces étudiées. ........................................................................................46
Tableau 8. Changements de la teneur en humidité d’équilibre du bois pendant l’essai mécanique. ...........................................................................................................48
Tableau 9. Teneur en humidité d’équilibre (Hé), coefficients de retrait (βUH), ainsi que coefficient de déformation (s11) en compression tangentielle du bois de bouleau jaune en fonction des conditions de sorption d’humidité à 25ºC et 50°C. ....................................................................................................................53
Tableau 10. Coefficient de variation des mesures des propriétés étudiées du bois de bouleau jaune à 25°C et 50°C. .............................................................................54
Tableau 11. Erreur relative de la moyenne des paramètres étudiés du bois de bouleau jaune à 25°C et 50°C............................................................................................55
Tableau 12. Teneur en humidité d’équilibre (Hé), coefficients de retrait (βUH), ainsi que coefficient de déformation (s11) en compression tangentielle du bois de hêtre en fonction des conditions de sorption d’humidité à 25ºC et 50°C. ...........56
Tableau 13. Coefficient de variation des mesures des propriétés étudiées du bois de hêtre à 25°C et 50°C. ...........................................................................................57
Tableau 14. Erreur relative de la moyenne des paramètres étudiés du bois de hêtre à 25°C et 50°C. .......................................................................................................58
Tableau 15. Analyse statistique de la différence en dimension des échantillons après saturation maximale et à la condition d’équilibre étudiée pour le bouleau jaune à 25°C et 50°C............................................................................................86
vii
Tableau 16. Analyse statistique de la différence en dimension des échantillons après saturation maximale et à la condition d’équilibre étudiée pour le hêtre à 25°C et 50°C. .......................................................................................................86
Liste des figures
Figure 1. Isothermes de sorption d'humidité du bois d'érable à sucre à la température de 21°C (d'après Goulet 1968)...............................................................................6
Figure 2. Équilibre hygroscopique moyen, établi à l'aide de la technique des plaques et membranes poreuses sous pression, aux humidités très élevées. Aubier de pruche de l'ouest à 21°C (d'après Fortin 1979). ................................................9
Figure 3. Teneur en humidité d’équilibre en fonction du potentiel hydrique du bois de congona, cachimbo, et hêtre à 25°C (d’après Almeida et Hernández 2006b). Les valeurs à -100 ψ représentent la saturation maximale en-dessous de l’eau distillée; les symboles noirs sont les valeurs obtenues par la méthode de la membrane poreuse sous pression et les symboles blancs sont les valeurs obtenues par la méthode de solutions salines saturées (l’erreur type est montrée seulement quand elle dépasse la taille du symbole)...............................................................................................................10
Figure 4. Isothermes de désorption en fonction du potentiel hydrique du bois de chêne rouge à 30 et 55°C (d’après Zhang et Peralta 1999)............................................11
Figure 5. Retraits radial et tangentiel du bois de hêtre en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre en adsorption et en désorption à 25°C (d’après Stevens 1963).......................................................................................................13
Figure 6. Coefficient de déformation du bois d’érable à sucre en compression radiale en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 21°C (d’après Goulet 1968). ...................................................................................................................14
Figure 7. Coefficient de retrait βUH du bois de bouleau jaune en fonction de la teneur en humidité d’équilibre à 25°C (d’après Almeida et Hernández 2006a).............15
Figure 8. Coefficient de déformation s11 du bois de bouleau jaune en compression tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C (d’après Almeida et Hernández 2006a). ..............................................................15
Figure 9. Coefficient de retrait βUH du bois de hêtre en fonction de la teneur en humidité d’équilibre à 25°C (d’après Almeida et Hernández 2006b). ................16
Figure 10. Coefficient de déformation s11 du bois de hêtre en compression tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C (d’après Almeida et Hernández 2006b). ..............................................................16
Figure 11. Isothermes de sorption du bois d’érable à sucre aux températures de 5, 21, 35, et 50°C (d’après Djolani 1970)......................................................................20
Figure 12. Relation teneur en humidité d’équilibre – potentiel hydrique du tremble au long de la courbe de désorption limite en direction radiale à 20, 35, et 50°C (d’après Cloutier et Fortin 1991). ........................................................................21
ix
Figure 13. Coupes microscopiques du bois de bouleau jaune: (A) coupe transversale (75x); (B) coupe tangentielle (75x) (d’après Panshin et de Zeeuw 1980)...........24
Figure 14. Coupes microscopiques du bois de hêtre: (A) coupe transversale (75x); (B) coupe tangentielle (75x) (d’après Panshin et de Zeeuw 1980). ...........................24
Figure 15. Forme et dimensions de l’éprouvette de compression tangentielle.....................25
Figure 16. Cylindre utilisé pour la saturation des éprouvettes de bouleau jaune destinés aux essais sur les solutions salines saturées. ..........................................30
Figure 17. Cylindre utilisé pour la saturation des échantillons destinés aux essais sur la membrane poreuse. ..........................................................................................32
Figure 18. Bassin de sorption à température constante à 25°C (une couche isolante thermofoil couvrait ce système). ..........................................................................34
Figure 19. Montage de l’appareil utilisé pour la technique de la membrane poreuse sous pression. .......................................................................................................38
Figure 20. Dispositif de mesure des déformations en compression tangentielle..................42
Figure 21. Dispositifs pour la mesure des déformations des éprouvettes : (A) direction tangentielle; (B) directions radiale et longitudinale.............................................43
Figure 22. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune en fonction du potentiel hydrique à 25ºC.....................................................................................59
Figure 23. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune en fonction du potentiel hydrique à 50ºC.....................................................................................60
Figure 24. Coefficients de retrait du bois de bouleau jaune en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C.................................................................................61
Figure 25. Coefficients de retrait du bois de bouleau jaune en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 50°C.................................................................................62
Figure 26. Coefficients de déformation du bois de bouleau jaune en compression tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C. ................63
Figure 27. Coefficients de déformation du bois de bouleau jaune en compression tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 50°C. ................64
Figure 28. Teneur en humidité d’équilibre du bois de hêtre en fonction du potentiel hydrique à 25ºC....................................................................................................65
Figure 29. Teneur en humidité d’équilibre du bois de hêtre en fonction du potentiel hydrique à 50ºC....................................................................................................66
Figure 30. Coefficients de retrait du bois de hêtre en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C.................................................................................67
Figure 31. Coefficients de retrait du bois de hêtre en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 50°C.................................................................................68
Figure 32. Coefficients de déformation du bois de hêtre en compression tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C.....................................69
x
Figure 33. Coefficients de déformation du bois de hêtre en compression tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 50°C.....................................70
Figure 34. Comparaison des teneurs en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune mesurées dans le présent travail et dans celui d’Almeida et Hernández (2006a), en fonction du potentiel hydrique à 25ºC. .............................................75
Figure 35. Comparaison des teneurs en humidité d’équilibre du bois de hêtre mesurées dans le présent travail et dans celui d’Almeida et Hernández (2006b) en fonction du potentiel hydrique à 25ºC...............................................76
Figure 36. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune et hêtre à grandes feuilles en fonction du potentiel hydrique à 25ºC................................................77
Figure 37. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune et de hêtre à grandes feuilles en fonction du potentiel hydrique à 50ºC. .................................78
Figure 38. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune en fonction du potentiel hydrique à 25°C et 50ºC. ......................................................................80
Figure 39. Teneur en humidité d’équilibre du bois de hêtre en fonction du potentiel hydrique à 25°C et 50ºC. .....................................................................................81
Figure 40. Coefficient de retrait volumétrique de bois de bouleau jaune en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C et 50°C. ..............................................85
Figure 41. Coefficient de retrait volumétrique de bois de hêtre en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C et 50°C....................................................90
Introduction La plupart des propriétés du bois sont influencées par sa teneur en humidité d’équilibre. Or,
une bonne connaissance des propriétés physiques et mécaniques du bois, étant un matériau
poreux et hygroscopique, est nécessaire et essentielle afin d’assurer d’une utilisation
adéquate.
Le point de saturation de fibres (PSF) est une propriété très importante du bois. Il est défini
comme la teneur en humidité à laquelle les parois cellulaires sont saturées d’eau
hygroscopique tandis qu’il n’y a pas d’eau libre dans les cavités cellulaires. Il est reconnu
que cette teneur en humidité d'équilibre affecte plusieurs propriétés au-dessous de la
saturation des fibres et qu’au-dessus de celle-ci ces propriétés demeurent inchangées.
Pourtant, certains travaux de recherche ont montré que cette présomption ne serait pas
toujours réaliste. En désorption, le retrait du bois ainsi que sa résistance en direction
tangentielle sont affectés par la teneur en humidité d’équilibre avant même d'atteindre le
point de saturation des fibres. Ce comportement est relié au phénomène d'hystérèse à la
saturation, qui affecte la sorption d'humidité au-dessus de 60% d'humidité relative. À des
humidités relatives élevées, l’équilibre hygroscopique du bois est affecté d’une manière
importante par sa structure poreuse. Ainsi, la valeur de teneur en humidité limite au-
dessous de laquelle débutent les changements des propriétés du bois varie avec les espèces.
Les travaux précédents sur ce sujet ont été tous réalisés à la température ambiante (20 à
25°C). Il est cependant reconnu que l’hygroscopicité du bois diminue sensiblement avec
l’élévation de température. Toutefois, l’influence de la température sur la teneur en
humidité limite au-dessous de laquelle débutent les changements des propriétés n’a pas été
étudiée.
Le but du présent travail est donc d'étudier l'effet de la teneur en humidité d’équilibre sur
les propriétés physico-mécaniques du bois de deux espèces feuillues tempérées, soit le
bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britton) et le hêtre à grandes feuilles (Fagus
grandifolia Ehrhart), dans la zone de la saturation des membranes à deux niveaux de
2
température: 25°C et 50°C. Deux techniques de sorption d'humidité ont été utilisées, soit:
une sorption conventionnelle au-dessus de solutions salines saturées (entre 50% et 96%
HR) et une sorption réalisée au moyen d'une membrane poreuse sous pression (au-dessus
de 96% HR). Ces essais de sorption ont été couplés avec des tests de résistance mécanique
en compression tangentielle et des mesures de retrait du bois suivant ses directions
principales. Cela nous permettra de déterminer les changements dimensionnels et
mécaniques du bois en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre et de définir le début
de ces changements pour deux températures d’essai.
Ce travail permettra aussi de renforcer les connaissances du mécanisme fondamental de
l’hygroscopicité du bois et du PSF. Le but ultime est d’expliquer les phénomènes
d’hystérèse à la saturation d’humidité.
Chapitre 1
Revue de littérature
1.1. Hygroscopicité et domaine hygroscopique Comme tous les autres matériaux ligno-cellulosiques, une des principales caractéristiques
du bois est qu’il est hautement hygroscopique. Un matériau hygroscopique tend vers un
équilibre de teneur en humidité avec l’air qui l’entoure, en lui restituant ou en lui prenant de
la vapeur d’eau. Cet équilibre se manifeste par une teneur en humidité particulière, laquelle
est fonction principalement de la température (T), de l’humidité relative de l’air ambiant
(HR), de l’histoire de sorption ainsi que de la pression (Bizoň 1995).
La teneur en humidité d’équilibre (Hé) du bois augmente ainsi avec l’humidité relative de
l’air et diminue avec l’augmentation de la température. Ces mêmes variables affectent
considérablement les principales caractéristiques physiques du bois (Djolani 1970). Cela a
principalement lieu dans le domaine hygroscopique, lequel s’entend de l’état anhydre (H =
0%) qui constitue l’équilibre à une humidité relative de l’air très faible (HR = 0%), jusqu’à
celui dit de saturation des membranes (PSF ≈ 30% H à 20ºC), qui correspond à un équilibre
en présence de vapeur d’eau saturée (HR = 100%) (Hernández 1989).
Le point de saturation des fibres (PSF) fut défini au début du siècle par Tiemann (1906)
comme la teneur en humidité à laquelle les parois des cellules sont complètement saturées
d’eau hygroscopique tandis qu’il n’y a pas d’eau libre dans les cavités cellulaires. Selon
Stamm (1964), les molécules d’eau sont retenues dans le bois de trois façons : celles liées
au niveau monomoléculaire (correspondant à de faibles valeurs d’humidité relative), celles
au niveau polymoléculaire (à humidités relatives intermédiaires), et enfin les molécules
4
retenues dans les capillaires très fins des membranes par action des forces de capillarité (à
des valeurs élevées d’humidité relative avoisinant 100%).
Le point de saturation de fibres est affecté par plusieurs facteurs. Parmi les sources de
variation de cette propriété, on retrouve la teneur en extraits, la masse volumique et le
contrefil du bois, lesquels exercent un effet inversement proportionnel sur le PSF (Arévalo
2002; Hernández 2007a). Selon plusieurs auteurs, des bois ayant une teneur en extraits
élevée présentent une faible valeur de PSF car ces substances occupent des espaces dans les
parois cellulaires qui sont généralement disponibles pour l’eau (Wangaard et Granados
1967; Stamm 1971; Bodig et Jayne 1982). Il en serait de même le reste du domaine
hygroscopique (Wangaard et Granados 1967; Choong et Achmadi 1991; Arévalo 2002;
Hernández 2007b). Par ailleurs, la teneur en extraits provoque également une diminution du
retrait du bois dans tout le domaine hygroscopique (Nearn 1955; Cooper 1974; Arévalo
2002; Hernández 2007c). De plus, le PSF diminue avec l’augmentation de la température
entre 0 et 140°C, à un taux moyen de 0,93% (H) par élévation de 10°C (Siau 1995).
Les effets de la température, de la masse volumique et de la composition chimique du bois
de cinq espèces sur le PSF ont été étudiés par Kolin et Stevanovic (1996). Ils ont montré
que cette propriété diminue au fur et à mesure que la masse volumique basale et la
température augmentent. Selon ces auteurs, la faible porosité des espèces denses pourrait
limiter l’accès de l’eau aux groupes hydroxyles dans les microfibrilles de cellulose
disponibles pour les liaisons hydrogènes.
Il existe différentes méthodes pour déterminer le PSF. Plusieurs de celles-ci sont fondées
sur le principe que le PSF est la teneur en humidité sous laquelle les propriétés physiques et
mécaniques du bois commencent à s’altérer (USDA 1974; Siau 1995). Ainsi, quelques
propriétés du bois utilisées pour déterminer le PSF sont le retrait et le gonflement
volumique, la résistance mécanique, la résistance électrique, la transmission des rayons
bêta, etc. La méthode de l’intersection du retrait volumique en fonction de la teneur en
humidité d’équilibre pour déterminer le PSF a été proposée par Kelsey (1956). Étant donné
la non linéarité du retrait aux valeurs faibles et élevées d’humidité relative, seulement les
5
mesures faites entre 35% et 65% (HR) doivent être utilisées pour déterminer ce point
d’intersection. Cette méthode a été considérée par plusieurs chercheurs comme étant l’une
des plus adéquates (Hernández 1993a; Choong et Achmadi 1991; Arévalo 2002).
1.2. Hystérèse de la sorption d’humidité Il est reconnu qu’à une température fixe et à une humidité relative de l’air donnée les
équilibres atteints au terme d’une perte (désorption) ou d’une prise (adsorption) d’humidité
diffèrent sensiblement les uns des autres (Hernández 1989). Ce phénomène, connu depuis
longtemps, est désigné comme hystérèse de la sorption d’humidité, et il est montré à la
figure 1, pour le bois d’érable à sucre à 21ºC. Ce graphique montre les écarts entre
l’adsorption d’humidité à partir de l’état anhydre et la désorption depuis l’état de saturation
des membranes (expérience n°3).
Puisqu’elle est formée après des changements hygrothermiques entièrement de même sens,
une telle boucle représente en principe l’enveloppe des variations possibles d’équilibre
d’humidité d’un bois à la température considérée (Urquhart 1960). La boucle d’hystérèse
de sorption s’obtient effectivement dans les conditions limites, dans le sens qu’elles tendent
constamment à faire augmenter ou diminuer la teneur en humidité du bois. Néanmoins, en
faisant varier la température ou l’humidité relative de l’air ou les deux à la fois, certains
changements pourraient se manifester (Djolani 1970).
D’autre part, selon Djolani (1970), l’orientation et surtout les dimensions des éprouvettes
n’affectent pas l’hystérèse de la sorption. Ces mêmes résultats ont été rapportés par Goulet
et Fortin (1975) et Laforest et Plamondon (1976) qui mentionnent que l’orientation et
surtout les dimensions des éprouvettes affectent la vitesse des échanges d’humidité, mais
sans toutefois influencer l’hystérèse de sorption.
6
Figure 1. Isothermes de sorption d'humidité du bois d'érable à sucre à la température de
21°C (d'après Goulet 1968).
Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer le phénomène d’hystérèse de
sorption. Selon Djolani (1970), une première théorie encore acceptée aujourd’hui est celle
d’Urquhart et Williams (1924). Elle fait appel essentiellement aux liaisons hydrogènes des
matières ligno-cellulosiques: ces dernières sont les principaux responsables de la sorption
des molécules d’eau qu’elles attirent mais elles tendent aussi, quoique à un degré moindre,
à s’attirer les uns les autres c’est-à-dire à se saturer mutuellement. Ces dernières liaisons
seraient plus nombreuses à l’état anhydre qu’à l’état saturé, ce qui explique en partie les
effets de premier ordre de la sorption d’humidité dans le bois, entre autres sa plus grande
résistance mécanique à l’état sec qu’à l’état humide. Dans ces conditions, elles seraient
7
aussi plus nombreuses à l’adsorption qu’à la désorption, rendant aussi l’accès aux
groupements hydroxyles plus difficile dans le premier cas que dans le second, ce qui
expliquerait également l’hystérèse de la sorption d’humidité. La boucle d’hystérèse pourrait
également avoir comme origine les différents taux de cristallinité de la matière ligno-
cellulosique dont l’effet pourrait être plus que proportionnel aux différences elles-mêmes
(Ant-Wuorinen et Visapää 1960; Treloar 1963). Une autre théorie est celle de Malmquist
(1958, 1959), qui fait appel à une "structure hystérésique" des membranes ligno-
cellulosiques, c’est-à-dire à une structure qui serait différente à l’adsorption et à la
désorption; plus exactement la matière ligneuse présenterait une plus grande cohésion dans
le premier cas que dans le second. La plupart des hypothèses susmentionnées se rapportent
à l’hystérèse obtenue à de faibles valeurs de teneurs en humidité d’équilibre et selon
Djolani (1970) les trois explications précédentes sont compatibles entre elles.
1.3. Hystérèse à saturation d’humidité L’hystérèse à saturation est définie comme étant la différence entre les équilibres atteints en
désorption aux humidités élevées et celui atteint à partir d’une saturation des membranes.
Le phénomène a été noté auparavant par divers auteurs (Barkas 1949; Higgins 1957; Spalt
1957), bien que c’est Goulet (1967) qui nomme le phénomène «hystérèse à
saturation d’humidité».
La figure 1 présente cette caractéristique pour trois expériences, lesquelles ont été réalisées
à l’aide de la technique des solutions salines saturées. Pour l’expérience 3, la désorption a
eu lieu à la suite d’une saturation des membranes dans l’air humide, tandis que dans les
autres expériences, la désorption a été précédée d’une saturation dans l’eau liquide. Cette
divergence arrive au dessus de 60% (HR), et a été considérée comme étant propre à la
première désorption (Higgins 1957; Spalt 1957; Goulet 1968). Skaar (1988) a attribué à tort
ce phénomène à une perte initiale irréversible de l’hygroscopicité du bois vert ou saturé
d’eau. Cependant, plusieurs travaux démontrent que ce phénomène est plutôt reproductible
(Goulet 1968; Djolani 1970; Fortin 1979; Hart 1984; Cloutier et Fortin 1991; Goulet et
8
Hernández 1991; Hernández et Bizoň 1994; Almeida et Hernández 2006a, 2006b;
Hernández et Pontin 2006).
Les isothermes de sorption du bois de la pruche de l’Ouest obtenues à l’aide de la technique
de la membrane poreuse sous pression à 21ºC, sont présentées à la figure 2. La technique de
la membrane poreuse sous pression permet de mieux contrôler la quantité de vapeur d’eau à
des humidités relatives élevées, en facilitant l’obtention des valeurs précises de teneur en
humidité d’équilibre à proximité de la pression de vapeur d’eau saturée, soit au dessus de
96% (HR). Dans le domaine des humidités relatives élevées, la boucle d’hystérèse s’élargit
grandement. Ainsi, la figure 2 montre un fort comportement hystérétique qui est attribué,
selon Fortin (1979), à la présence du phénomène dit "de la bouteille d’encre" provoqué par
la variation de la dimension des capillaires dans le bois. En effet, le bois est composé de
cavités cellulaires interconnectées en série par des canaux plus étroits. Cette variation de la
dimension entre les différents types de cavités connectées en série suggère que la
désorption est contrôlée par les plus petits pores, et l’adsorption par les plus gros pores. La
courbe de désorption est fortement influencée par le diamètre des canaux qui relient les
cavités cellulaires, tandis que la courbe d’adsorption est surtout régie par le diamètre de ces
cavités. Les données de teneur en humidité d’équilibre du bois à des humidités relatives si
élevées sont très importantes puisque c’est dans cette région que les forces capillaires
agissent sur l’eau libre dans le bois.
La technique de la membrane poreuse introduit le concept de potentiel hydrique (ψ), et elle
a été utilisé auparavant par plusieurs chercheurs (Robertson 1965; Stone et Scallan 1967;
Griffin 1977; Fortin 1979; Cloutier et al. 1995; Almeida et Hernández 2006a, 2006b;
Hernández et Pontin 2006). Également une continuité entre les courbes de désorption
obtenues à l’aide de la technique des solutions salines saturées et celle de la membrane
poreuse sous pression à été démontrée par Cloutier et Fortin (1991), Hernández et Bizoň
(1994), Zhang et Peralta (1999), Almeida et Hernández (2006a, 2006b), Hernández et
Pontin (2006). Cela confirme ainsi que la méthode de la membrane poreuse est adéquate
pour la détermination de la teneur en humidité d’équilibre dans le bois dans des conditions
élevées d’humidité relative (figure 3).
9
Figure 2. Équilibre hygroscopique moyen, établi à l'aide de la technique des plaques et
membranes poreuses sous pression, aux humidités très élevées. Aubier de
pruche de l'ouest à 21°C (d'après Fortin 1979).
D’ailleurs, la figure 4 montre deux isothermes de désorption du bois de chêne rouge, où
l’axe de l’humidité relative de l’air est présenté en échelle logarithmique pour mieux étaler
les valeurs à proximité du PSF (Zhang et Peralta 1999). L’adsorption et la désorption
capillaire sont étroitement liées à la structure poreuse. De cette manière, à des valeurs
élevées d’humidité relative la boucle d’hystérèse est reliée à la taille et à la distribution de
pores dans le bois.
10
Figure 3. Teneur en humidité d’équilibre en fonction du potentiel hydrique du bois de
congona, cachimbo, et hêtre à 25°C (d’après Almeida et Hernández 2006b). Les
valeurs à -100 ψ représentent la saturation maximale en-dessous de l’eau distillée;
les symboles noirs sont les valeurs obtenues par la méthode de la membrane
poreuse sous pression et les symboles blancs sont les valeurs obtenues par la
méthode de solutions salines saturées (l’erreur type est montrée seulement quand
elle dépasse la taille du symbole).
11
Figure 4. Isothermes de désorption en fonction du potentiel hydrique du bois de chêne
rouge à 30 et 55°C (d’après Zhang et Peralta 1999).
1.4. Effet de l’hystérèse à saturation sur les propriétés du bois Il est reconnu que la teneur en humidité d’équilibre affecte plusieurs propriétés du bois au-
dessous de la saturation de membranes, tandis qu’au-dessus de celle-ci ces propriétés
demeurent inchangées (USDA 1974; Siau 1984; Skaar 1988). Ainsi, il y a une
augmentation de la résistance mécanique du bois avec la diminution de la teneur en
humidité au-dessous de la saturation de membranes, alors qu’elle reste inchangée au-dessus
de celle-ci (Bodig et Jayne 1982). Une perte d’humidité des parois cellulaires provoque une
augmentation des propriétés mécaniques tandis qu’une perte d’eau liquide logée dans les
cavités cellulaires n’a aucun effet. Ce paramètre est souvent utilisé dans les modèles
d’ajustement des propriétés mécaniques en fonction de la teneur en humidité du bois
12
(Bodig et Jayne 1982), de même que pour les modèles d’ajustement de la densité et du
retrait du bois (Skaar 1988; Tsoumis 1991; Siau 1995).
Toutefois, la validité de cette affirmation a été remise en question suite à des travaux qui
ont montré des résultats divergents. Par exemple, Stevens (1963) a rapporté que le retrait du
bois de hêtre a débuté au-dessus du PSF (figure 5). Ses valeurs de retrait ont été obtenues à
l’équilibre d’humidité de telle manière que la présence d'un gradient d'humidité comme
étant la cause possible du début du retrait semble peu probable. Goulet (1968) a constaté
que la compression radiale du bois d’érable à sucre est affectée à 37% (Hé), alors que la
saturation de membranes de ce bois est d’environ 30% (H) (figure 6). Également, Goulet et
Hernández (1991) ont mesuré l’influence de la teneur en humidité sur la traction
tangentielle du bois d'érable à sucre à plusieurs conditions d'humidité dont certaines près de
son PSF. Bien que ses résultats à la désorption n’ont été réalisés que jusqu’à 26% (Hé),
l’allure de courbes obtenues par ces auteurs leur a permis de supposer que l’effet de la
teneur en humidité du bois pourrait se prolonger même au-dessus de la saturation des
membranes. Ce phénomène a été relié à l'hystérèse à la saturation, laquelle affecte la
sorption du bois au-dessus de 63% (HR), (Hernández 1983). Cette hystérèse implique que
durant la désorption, la perte d’eau hygroscopique commence avant que toute l’eau liquide
soit enlevée du bois.
Un travail concentré à des humidités relatives élevées, entre 90% et 100%, fut réalisé par
Hernández et Bizoň (1994) à l'aide de deux méthodes de sorption, soit celle des solutions
salines saturées et celle de la membrane sous pression. Les résultats montrent que le retrait
et la compression tangentielle du bois d'érable à sucre sont affectés même au-dessus du
PSF. En désorption, la perte d'eau hygroscopique de ce bois a débuté à environ 42,5% (Hé),
alors que le PSF a été évalué à 31,1% (H). L’analyse montre que cette humidité devrait être
fonction de l'espèce et surtout de la dimension et distribution des micro-pores dans le bois,
ainsi que de la proportion de différents tissus ligneux du bois. En conséquence ces auteurs
ont suggéré que l’eau liquide au-dessous de 42,5% (H) pourrait être logée dans les cellules
du bois interconnectées par les plus petits capillaires, soit principalement dans les rayons du
bois d’érable à sucre.
13
Figure 5. Retraits radial et tangentiel du bois de hêtre en fonction de sa teneur en humidité
d’équilibre en adsorption et en désorption à 25°C (d’après Stevens 1963).
Les rayons sont considérés comme étant les éléments les moins perméables dans le bois des
feuillus (Teesdale et MacLean 1918; Wheeler 1982; Siau 1984, 1995). Ces éléments sont si
imperméables que la perte d’eau hygroscopique par diffusion commence dans les tissus
plus perméables du bois.
Almeida et Hernández (2006a) ont constaté que le retrait et la compression tangentielle du
bois de bouleau jaune sont affectés aussi au-delà du PSF. Durant la désorption, la perte de
l’eau liée débute à environ 41% (Hé), alors que le PSF estimé a été de 31% (H) (figures 7 et
8).
14
Figure 6. Coefficient de déformation du bois d’érable à sucre en compression radiale en
fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 21°C (d’après Goulet 1968).
Des résultats semblables ont été observés par Almeida et Hernández (2006b) pour les bois
de hêtre, congona et cachimbo (figures 9 et 10), et par Hernández et Pontin (2006) pour les
bois de tornillo, pumaquiro et huayruro. Ces travaux ont été tous réalisés à la température
ambiante (25°C).
15
Figure 7. Coefficient de retrait βUH du bois de bouleau jaune en fonction de la teneur en
humidité d’équilibre à 25°C (d’après Almeida et Hernández 2006a).
Figure 8. Coefficient de déformation s11 du bois de bouleau jaune en compression
tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C (d’après
Almeida et Hernández 2006a).
16
Figure 9. Coefficient de retrait βUH du bois de hêtre en fonction de la teneur en humidité
d’équilibre à 25°C (d’après Almeida et Hernández 2006b).
Figure 10. Coefficient de déformation s11 du bois de hêtre en compression tangentielle en
fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C (d’après Almeida et
Hernández 2006b).
17
1.5. Effet de la température sur les propriétés du bois La teneur en humidité d’équilibre du bois augmente avec l’humidité relative de l’air et
diminue avec l’élévation de la température. Ces mêmes variables affectent
considérablement es principales caractéristiques physiques du bois (Djolani 1970). Une
conclusion semblable de l’effet de la température sur la teneur en humidité d’équilibre a été
obtenue par Kolin et Stevanovic (1996) avec des espèces feuillues entre 20 et 80°C et des
espèces résineuses entre 20 et 90°C, et par Ahmet et al. (2000) sur plusieurs espèces
d’importance commerciale à trois températures. Ces derniers ont rapporté aussi une
réduction de l’hygroscopicité d’environ 0,1% (H) par degré Celsius d’augmentation.
D’ailleurs, Siau (1995) mentionne que le point de saturation des fibres diminue avec une
augmentation de la température. Cette diminution est de l’ordre de 0,93% (H) par 10°C
d’augmentation.
Weichert (1963) a étudié l’effet de la température sur les isothermes de sorption d’humidité
du bois de hêtre. Ses résultats montrent que l’hystérèse de désorption est fortement affectée
par la température: à 50ºC elle est déjà trois ou quatre fois moindre qu’à 25ºC et elle
disparaît même entre 75 et 100ºC. Ce dernier résultat a été confirmé par Engelhardt (1979)
qui mentionne que la boucle d’hystérèse du bois de hêtre devrait disparaître autour de
100ºC. Il mentionne aussi que les traitements thermiques diminuent la capacité de sorption
du hêtre de façon irréversible, déjà à partir de 80ºC. Cependant, l’ampleur de ces effets
dépend de l’intensité du traitement en termes de température, d’humidité relative de l’air et
de durée, mais il est aussi lié à l’espèce ligneuse et aux dimensions de l’échantillon.
Les expériences de Goulet et Fortin (1975) et de Laforest et Plamondon (1976) faites sur
l’érable à sucre montrent que les traitements thermiques à moins de 100ºC, affectent de
manière sensible seulement l’équilibre hygroscopique mais non l’hystérèse de sorption.
D’autre part, les études de Djolani (1970) sur érable à sucre à quatre températures entre 5 et
50ºC ont montré que l’hygroscopicité de ce bois et son hystérèse de sorption d’humidité
diminuent sensiblement avec la élévation de température sans pour autant laisser prévoir la
18
disparition de la boucle aux alentours de 75 et 80ºC (figure 11). Le même auteur mentionne
que l’élévation de la température diminue la résistance du bois en fonction de sa teneur en
humidité.
Cloutier et Fortin (1991) ont étudié la relation entre la teneur en humidité d’équilibre en
désorption et le potentiel hydrique du bois de tremble à trois températures (20, 35, et 50°C).
Le potentiel hydrique augmente avec la température à une valeur déterminée de teneur en
humidité (figure 12). Des résultats similaires ont été rapportés pour le pin rouge par
Tremblay et al. (1996), pour l’érable à sucre par Defo et al. (1999), et pour le pin taeda et
chêne rouge par Zhang et Peralta (1999). Comme dans le cas des sols, l’augmentation du
potentiel hydrique avec la température ne peut pas être expliquée seulement par l’influence
de la température sur la tension de surface de l’eau. La théorie de l’air emprisonné suggérée
par Chahal (1965) pour les sols, mentionne qu’une certaine quantité d’air peut être
emprisonnée dans l’échantillon durant la saturation. Si la température du bois qui est visée
est atteinte avant de commencer la désorption, l’air emprisonné se répand et déplace une
quantité correspondante d’eau, résultant en une baisse de la teneur en humidité pour des
températures élevées pour une valeur de potentiel hydrique donnée. De plus, la présence de
contaminants actifs de surface dans l’interface air-eau pourrait être aussi une autre
explication de ce comportement (Saha et Tripathi 1981).
1.6. Objectifs et hypothèses du travail Les hypothèses du présent travail sont:
• Les changements dimensionnels et mécaniques du bois ne sont pas limités à des
teneurs en humidité en-dessous du PSF.
• Une augmentation de la température augmente la perméabilité du bois en facilitant
la désorption de l’eau liquide à des humidités relatives élevées.
19
• Une augmentation de la température diminuera la teneur en humidité d’équilibre
limite déclenchant le début des changements des propriétés du bois.
Le but de ce travail est donc d’étudier l’effet de la teneur en humidité d’équilibre sur les
propriétés du bois de deux espèces feuillues tempérées aux teneurs en humidité élevées soit
le bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britton) et le hêtre à grandes feuilles (Fagus
grandifolia Ehrhart), aux températures de 25°C et 50°C. Deux techniques de sorption
d’humidité seront utilisées, soit celle des solutions salines saturées (entre 50% et 96% HR)
et celle de la membrane poreuse sous pression (au-dessus de 96% HR).
Les résultats des propriétés de retrait et de résistance mécanique couplés à des essais de
sorption permettront d’évaluer le coefficient de déformation (s11) ainsi que les retraits
radial, tangentiel et volumétrique.
20
Figure 11. Isothermes de sorption du bois d’érable à sucre aux températures de 5, 21, 35, et
50°C (d’après Djolani 1970).
21
Figure 12. Relation teneur en humidité d’équilibre – potentiel hydrique du tremble au long
de la courbe de désorption limite en direction radiale à 20, 35, et 50°C (d’après
Cloutier et Fortin 1991).
Chapitre 2
Matériel d’essai
2.1. Espèces ligneuses Deux espèces des climats tempérés ont été utilisées, soit le bouleau jaune (Betula
alleghaniensis Britton) et le hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrhart). Le tableau
1 présente les données physico-mécaniques disponibles sur les bois de ces espèces suivi
d’une brève description anatomique présentée au tableau 2. Les figures 13 et 14 montrent
des coupes microscopiques de ces bois.
2.2. Préparation et sélection des éprouvettes Soixante planchettes libres de défauts de chaque espèce furent soigneusement sélectionnées
et placées dans une chambre à climat constant, soit à 20ºC et 60% d’humidité relative de
l’air, afin qu’elles atteignent leur teneur en humidité d’équilibre. Ces planchettes
provenaient des mêmes billes utilisées lors d’une expérience précédente par Almeida
(2006). Une sélection du matériel d’essai a été ensuite faite en fonction des qualités
apparentes des planchettes en éliminant les défauts et l’irrégularité du fil et des cernes, et en
s’assurant une variation minimale de la masse volumique entre les planchettes. Ainsi vingt
planchettes ont été choisies de chacune des espèces, et la préparation des éprouvettes a
consisté à les couper pour obtenir des échantillons d’une dimension de 20 mm (R) par 20
mm (L) par 60 mm (T) pour l’essai de sorption et de compression tangentielle. Un rapport
de longueur-largeur de 3 fut utilisé pour éviter le flambage pendant les essais de
23
Tableau 1. Caractéristiques physico-mécaniques des espèces étudiées (d’après Jessome
2000).
* Valeurs entre parenthèses représentent le coefficient de variation.
Tableau 2. Caractéristiques anatomiques quantitatives des espèces étudiées (d’après
Almeida et Hernández, 2006c).
* Valeurs entre parenthèses représentent le coefficient de variation calculé sur 20 échantillons.
Espèce Masse
volumique basale
Retrait total
Contrainte à la limite proportionnelle
en compression perpendiculaire
Radial Tangentiel Volumétrique 12% H État vert (kg/m3) (%) (MPa)
559 5,8 7,1 15,1 7,24 3,36 Bouleau jaune (5,4)* - - - - (18,6)
Hêtre 590 5,2 10,1 17,3 8,34 4,55
à grandes feuilles
(5,2) - - - - (17,8)
Caractéristique anatomique quantitative Bouleau jaune
Hêtre à grandes feuilles
Proportion de vaisseaux (%) 15,3 (15,8)*
24,9 (21,9)
Proportion de fibres (%) 74,0 (3,6)
59,9 (9,8)
Proportion de parenchyme axial (%) 0,4 (67,8)
3,3 (32,2)
Proportion de parenchyme radial (%) 10,3 (10,3)
11,9 (21,9)
Diamètre tangentiel des vaisseaux (µm) 86,2 (6,9)
40,3 (9,6)
Diamètre du lumen de fibres dans la direction la plus large (µm)
13,5 (12,7)
6,0 (18,3)
Diamètre du lumen de fibres dans la direction la moins large (µm)
8,4 (17,2)
3,5 (21,3)
24
A B
Figure 13. Coupes microscopiques du bois de bouleau jaune: (A) coupe transversale (75x);
(B) coupe tangentielle (75x) (d’après Panshin et de Zeeuw 1980).
A B
Figure 14. Coupes microscopiques du bois de hêtre: (A) coupe transversale (75x); (B)
coupe tangentielle (75x) (d’après Panshin et de Zeeuw 1980).
25
Figure 15. Forme et dimensions de l’éprouvette de compression tangentielle.
compression perpendiculaire (Bodig and Jayne 1982) et limiter l’effet de courbure des
cernes annuels.
La section droite de l’échantillon présenté à la figure 15 a été utilisée avec succès dans des
expériences précédentes faites au Département (Hernández 1993a, 1993b; Hernández et
Bizoň 1994; Almeida et Hernández 2006a, 2006b; Hernández et Pontin 2006).
Le choix du matériel d’essai a été fait d’abord en fonction de ses caractéristiques
apparentes: absence de défauts d’usinage (marques de couteaux ou marques de scie),
nœuds, courbures des cernes, régularité du fil et des cernes, absence de bois de tension ou
de piqûres. Le second choix a consisté à conserver intactes les séquences de vingt deux
éprouvettes aux cernes les mieux orientés. Seules des anomalies mineures au niveau de la
couleur, de l’usinage et de l’uniformité des cernes ont été tolérées. Le choix final a consisté
à retenir les 20 séries de 22 éprouvettes qui paraissaient les meilleures.
2.3. Jumelage et principales caractéristiques des éprouvettes L’attribution à un groupe séparé d’une seule éprouvette par planchette a conduit à la
formation de vingt deux groupes d’échantillons par espèce. Ces groupes ont été
20 mm
20 mm
60 mm
26
comparables les uns aux autres. Deux de ces groupes ont servi comme matériel de réserve
pour les deux espèces. À titre d’exemple, le tableau 3 montre le jumelage qui en a résulté
pour une espèce donnée.
Dans cette condition la masse des ces échantillons a été établie au moyen d’une balance à
plateau avec une précision de 0,001g, et ensuite le matériel a été enveloppé dans des bandes
de polyéthylène et conservé dans la chambre de climatisation à climat constant jusqu’au
début des essais de sorption.
Le tableau 4 résume la destination au hasard de chaque groupe d’échantillons par espèce en
fonction des conditions de sorption et de l’humidité relative de l’air ambiant utilisées dans
les expériences. La masse volumique basale moyenne des espèces utilisées fut de 535
kg/m3 pour le bouleau jaune et de 539 kg/m3 pour le hêtre à grandes feuilles. Les
coefficients de variation furent de 4% pour le bouleau jaune et de 5% pour le hêtre.
Tableau 3. Identification et jumelage des éprouvettes.
Numéro de groupe
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22Numéro de planchette
25°C 50°C
1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
2 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44
3 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66
4 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88
5 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110
6 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132
7 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154
8 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176
9 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198
10 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220
11 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242
12 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264
13 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286
14 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308
15 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330
16 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352
17 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374
18 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396
19 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418
20 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440
Tableau 4. Caractéristiques des conditions de sorption d'humidité utilisées et destination
des groupes d’éprouvettes.
1 Almeida (2006) 2 Greenspan (1977) 3 Estimation faite à partir des valeurs de Rockland (1960)
Numéro du groupe
État de sorption
Solution saline saturée
Essais à 25ºC Essais à 50ºC
Bouleau jaune
Hêtre à grandes feuilles
Humidité relative
(%)
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Humidité relative
(%)
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Saturation totale dans l'eau distillée
0 21 Saturation H2O 100 1 100 1
Équilibre sur la membrane poreuse
9 20 Désorption - 99,78 -300 99,80 -300
8 19 Désorption - 99,49 -700 99,53 -700
7 18 Désorption - 98,56 -2000 98,67 -2000
6 17 Désorption - 96,43 -5000 96,70 -5000
Équilibre sur des solutions salines saturées
5 16 Désorption K2SO4 961 -5619 95,822 -6370
4 15 Désorption ZnSO4 901 -14502 80,403 -32546
3 14 Désorption KCl 861 -20760 81,202 -31069
2 13 Désorption NaCl 761 -37775 74,432 -44057
1 12 Désorption NaBr 581 -74979 50,932 -100660
Chapitre 3.
Méthode expérimentale Le dispositif expérimental a consisté à coupler des essais de retrait et de compression
tangentielle à des expériences de sorption d'humidité. Ce type de dispositif a été élaboré
par Goulet (1968) et a été utilisé par la suite par plusieurs chercheurs.
3.1. Traitements préalables des éprouvettes Les groupes jumelés d’éprouvettes ont subi une deuxième désorption sous neuf conditions
d’équilibre (tableau 4). Préalablement, les éprouvettes ont été humidifiées jusqu’à la
saturation intégrale. Elles avaient une teneur en humidité initiale de 12% en moyenne et la
saturation a été réalisée en trois étapes afin de diminuer la formation de contraintes
internes causées par une adsorption trop rapide (Naderi et Hernández 1997; Almeida et
Hernández 2006c). Ainsi, les éprouvettes ont subi une adsorption au-dessus d’une
solution saturée de KCl durant 30 jours suivie d’une adsorption au-dessus de l’eau
distillée durant 60 jours. Ces deux étapes ont été faites dans des dessiccateurs placés dans
une chambre dont la température était contrôlée, soit à 24ºC ± 1ºC. Les dessiccateurs
comportaient vingt échantillons chacun et certains ont servi pour le contrôle de la masse
de ces derniers. Ce contrôle était fait pour chaque espèce à l’aide d’une balance à plateau
de 0,001 g de précision.
Les échantillons ont ensuite été immergés dans l’eau distillée durant vingt-quatre heures,
et un cycle de vide sous l’eau d’une durée de 24 heures a été conduit, suivi d’un autre
cycle d’environ 24 heures à pression atmosphérique.
30
Figure 16. Cylindre utilisé pour la saturation des éprouvettes de bouleau jaune destinés
aux essais sur les solutions salines saturées.
Les espèces ont suivi par la suite un cheminement différent afin d’atteindre la saturation
intégrale. Le bouleau jaune s’est avéré être une espèce moins perméable que le hêtre. On a
donc dû utiliser plusieurs cycles à des pressions plus élevées, lesquels ont été faits dans un
cylindre d’une capacité de 600 kPa de pression (figure 16). La pression était augmentée
par des paliers de 100 kPa d’une durée d’une heure et demie chacun jusqu’à atteindre 300
kPa. Ensuite celle-ci était amenée à 400 kPa et maintenue durant trois heures et demie, où
le cycle terminait. Pour le hêtre, les échantillons ont été saturés avec trois cycles de 100
kPa de pression d’une durée d’une heure chacun. La pression était ramenée à la pression
atmosphérique durant 2 heures entre les cycles de pression.
Les groupes d’échantillons destinés à la méthode des solutions salines saturées ont été
saturés à deux moments différents, soit ceux testés à 25°C en premier lieu et ceux testés à
31
50°C en deuxième lieu. Les autres groupes destinés à la désorption par la méthode de la
membrane poreuse et ceux de la saturation intégrale ont été saturés ensemble un peu plus
tard. Dans ce cas, le cylindre utilisé fut différent du premier à cause de la disponibilité de
l’équipement (figure 17). Ce changement de cylindre n’a pas affecté la valeur moyenne de
saturation intégrale entre les différents groupes essayés.
Après la saturation intégrale des échantillons, la masse était prise à l’aide d’une balance
de 0,001 g de précision. Ensuite, les dimensions radiale (dRS), tangentielle (dTS) et
longitudinale (dLS) étaient mesurées à l’aide des micromètres Mitutoyo de 0,001 mm de
précision.
3.2. Essais de sorption
3.2.1. Caractéristiques générales Nos expériences se sont concentrées sur la désorption à des humidités relatives élevées et
à deux niveaux de température. Plus spécifiquement il s’est agi d’une deuxième
désorption réalisée suite à une désorption partielle (jusqu’à environ 60% HR) suivie d’une
saturation intégrale du bois.
La sorption a fait donc appel à deux techniques complémentaires utilisées dans des
travaux antérieurs (Cloutier et Fortin 1991; Hernández et Bizoň 1994; Almeida et
Hernández 2006a, 2006b; Hernández et Pontin 2006): une sorption conventionnelle avec
des solutions salines saturées et une sorption réalisée au moyen d’une membrane poreuse
sous pression. La technique de solutions salines saturées a été utilisée pour cinq
conditions d’équilibre (de 50% à 96% HR). De plus, quatre autres conditions ont été
réalisées par la technique de la membrane poreuse sous pression. Le tableau 4 précise les
humidités relatives utilisées pour les deux techniques mentionnées. Ces humidités
Figure 17. Cylindre utilisé pour la saturation des échantillons destinés aux essais sur la
membrane poreuse.
relatives ont permis de représenter convenablement la gamme des humidités situées à
proximité de la saturation des membranes.
3.2.2. Méthode des solutions salines saturées
3.2.2.1. Bassins à température constante Entre 50% et 96% (HR), la sorption a été réalisée dans une chambre dont la température
était d'environ 24ºC. Le matériel a été disposé dans quatre bassins à température constante
33
comportant chacun dix cellules de sorption (figure 18). Ces bassins, sont de grandes cuves
en tôle, remplis d'eau, et comportant des ouvertures circulaires à leur partie supérieure.
Dans ces ouvertures sont logés des vases de pyrex qui constituent les cellules de sorption.
L’ensemble est isolé de tous côtés par un panneau de polystyrène expansé de 25 mm
d’épaisseur qui est enfermé à son tour, sauf au-dessus, par une enceinte en bois. D’autres
couches de polystyrène expansé sont moulées aux couvercles de vases de pyrex et
assurent l’isolation du dessus du bassin. Pour les bassins à 25°C, lorsque la température
s’abaisse, le thermomètre à contact logé au milieu du bassin actionne les agitateurs
disposés aux extrémités; l’agitation produit un léger échauffement de l’eau qui maintient
la température constante à ± 0,01ºC durant des périodes prolongées. Cela assure ainsi le
maintient de l'humidité relative dans les cellules de sorption. Deux thermomètres
différentiels placés près des extrémités ont servi à contrôler la température de l’eau et son
uniformité au millième de degré près. Pour les bassins à 50°C, six éléments de 300 W
chaque et trois thermocouples type T avec une précision de ± 0,5°C, ont été placés par
bassin. Un contrôleur de type PID (Proportional Integral Differential) avec une précision
de 0,4°C régulait la température désirée. Une pompe assurait la circulation de l’eau à
l’intérieur du bassin.
3.2.2.2. Cellules de sorption Les cellules de sorption sont constituées d’un vase à couvercle rodé, en pyrex, servant
généralement comme dessiccateur à vide. Au fond de chaque cellule sont placées des
solutions salines saturées, lesquelles règlent l’humidité relative de l’air. Ainsi, lorsqu’un
soluté est ajouté à l’eau, l’humidité relative de l’air au-dessus de la solution est réduite en
fonction de la fraction molaire du soluté comme le stipule la loi de Raoult (Siau 1995).
Pour une solution saturée, l’humidité relative de l’air demeurera constante si la
température est maintenue constante. Pour les essais à 25°C, les vingt éprouvettes de
chaque groupe ont été reparties en deux dessiccateurs de dix éprouvettes chacun,
lesquelles furent déposées en une rangée au-dessus de la solution saline. Par contre, pour
Figure 18. Bassin de sorption à température constante à 25°C (une couche isolante
thermofoil couvrait ce système).
les essais à 50°C les vingt éprouvettes de chaque groupe ont été déposées dans un seul
dessiccateur en deux rangées séparées l’une de l’autre par un treillis métallique enduit de
vinyle. L’ensemble était tenu à environ cinq centimètres du fond du dessiccateur par une
plaque de porcelaine perforée. À cause de la grande solubilité de la solution de ZnSO4 à
50°C, ce groupe a été reparti en deux dessiccateurs de dix éprouvettes chacun. Un même
volume de solution saline a été utilisé pour chaque cellule de sorption soit environ 800 ml.
Dans les cas particuliers où l’on a procédé au contrôle des masses en cours d’essais, dix
des vingt échantillons étaient placés dans une cage en plexiglas. Les échantillons étaient
appuyés sur la face tangentielle et leur position finale dans les cellules a été notée afin
d’évaluer l’influence éventuelle de celle-ci sur l’équilibre atteint.
Les sels ont été choisis pour obtenir les conditions d’équilibre désirées. Il s’est agi des
solutions aqueuses saturées de bromure de sodium (NaBr), de chlorure de sodium (NaCl),
35
de chlorure de potassium (KCl), de sulfate de zinc (ZnSO4) et de sulfate de potassium
(K2SO4). L’utilisation et les caractéristiques de ces sels ont été précisées entre autres par
Greenspan (1977), Rockland (1960) et Almeida (2006).
Par ailleurs, les conditions de sorption ont été effectuées généralement dans une seule
étape. Le matériel d’essai a été disposé dans dix cellules de sorption reparties dans quatre
bassins.
3.2.2.3. Durée de conditionnement La sorption a été contrôlée directement dans une des cellules par la mesure de la masse de
dix échantillons. Les échantillons étaient disposés sur un support en méthacrylate de
méthyle ou d’aluminium, qu’un fil reliait à une balance de 0,001 g de précision. Cela a
permis d’obtenir des pesées précises en peu de temps sans modifier les conditions de la
sorption. Ce type de contrôle a été utilisé avec succès par plusieurs chercheurs (Bizoň
1995, Arévalo 2002).
Les pesées ont été effectuées à des intervalles réguliers, ce qui a permis de suivre le
conditionnement durant la sorption. En général l’équilibre de la teneur en humidité a été
considéré comme atteint lorsque le changement d’humidité était d’au plus 0,007% (H) par
jour lorsque calculé sur un intervalle d’au moins une semaine. À ce moment, les
éprouvettes ont été retirées des dessiccateurs pour prendre immédiatement leur masse et
leurs dimensions et effectuer par la suite les essais de compression tangentielle.
Le temps de conditionnement pour la méthode des solutions salines a varié entre 113 jours
(bouleau jaune à 58% HR) et 531 jours (bouleau jaune à 96% HR) à 25°C, et entre 97
jours (bouleau jaune à 51% HR) et 109 jours (hêtre à 96% HR) à 50°C.
36
3.2.3. Méthode de la membrane poreuse sous pression Au-dessus de 96% (HR), la sorption a été réalisée selon la méthode de la membrane
poreuse sous pression. Cette méthode a été initialement développée pour étudier la
relation entre la teneur en humidité et la pression appliquée dans les sols. Celle-ci permet
le contrôle très précis de hautes valeurs d’humidité relative de l’air. Il a été ainsi possible
d'obtenir quatre points de mesure entre 96% et 100% d’humidité relative de l’air,
intervalle visé spécialement par ce travail. Une description détaillée de cette méthode est
présentée par Fortin (1979) ainsi que par Cloutier et Fortin (1991).
La méthode utilise le concept de potentiel hydrique, lequel est décrit en détail par Siau
(1984,1995). Ce concept est dérivé de la thermodynamique classique et il est défini
comme étant la différence entre l’énergie libre de Gibbs spécifique de l’eau à l’état sous
étude et celle à l’état de référence. L’état de référence généralement utilisé est une nappe
d’eau libre et pure à la pression atmosphérique, à une élévation donnée et à la température
de l’eau à l’état sous étude (Fortin 1979, Cloutier et Fortin 1991). Ces derniers auteurs ont
considéré le gradient de potentiel hydrique comme étant la force motrice du mouvement
de l’humidité dans le bois. Ce concept peut aussi être appliqué à l’étude de l’effet des
forces de capillarité sur le mouvement de l’eau liquide dans le bois (Siau 1995). Le
potentiel hydrique est normalement exprimé en termes d’énergie par unité de masse, soit
en Jkg-1. La relation entre le potentiel hydrique, l’humidité relative de l’air et le rayon de
courbure de l’interface entre l’eau et l’air à 25ºC et 50°C est présentée au tableau 5. Selon
Cloutier et Fortin (1991), le potentiel hydrique augmente avec la température et la teneur
en humidité d’équilibre.
La figure 19 illustre l’appareil de sorption qui a été utilisé dans le cadre du présent travail.
Les parties principales sont l’enceinte à pression ou extracteur, la membrane poreuse, une
source d’air à haute pression et un système de régulation de la pression. La membrane
utilisée est constituée d’une feuille d’acétate de cellulose ayant des pores dont le diamètre
moyen est de 24 Å, ce qui lui permet de résister à des pressions d’air pouvant aller jusqu’à
37
Tableau 5. Relation entre le potentiel hydrique, l’humidité relative et le rayon capillaire à
25°C et 50°C.
10000 kPa sans se désaturer. La méthode est alors conçue sur le principe que les pores
dans la membrane sont suffisamment petits pour retenir une certaine quantité d’eau grâce
aux forces capillaires, et cela même sous l’effet de la pression appliquée. La membrane
demeure ainsi perméable à l’eau mais imperméable à l’air. Les échantillons de bois
humide en contact avec la membrane poreuse perdent de l’eau jusqu’à ce qu’ils
s’équilibrent avec le potentiel hydrique imposé grâce à la pression appliquée (Cloutier et
Fortin 1991).
Les échantillons saturés sont placés dans l’enceinte hermétique sur la membrane poreuse
saturée d’eau. L’air entourant les échantillons est maintenu saturé de vapeur d’eau afin de
Potentiel hydrique Humidité relative r
25°C 50°C 25°C 50°C 25°C 50°C 25°C 50°C
(Jkg-1) (kPa) (%) (µm)
0 0 0 100 100 ∞ ∞
-300 -300 -299 -296 99,78 99,80 0,480 0,453
-700 -700 -698 -693 99,49 99,53 0,206 0,194
-2000 -2000 -1994 -1976 98,56 98,67 0,072 0,068
-5000 -5000 -4985 -4940 96,43 96,70 0,029 0,027
-5619 -6370 -5602 -6294 96 95,82 0,026 0,021
-14502 -31069 -14460 -30697 90 81,20 - -
-20760 -32546 -20699 -32157 86 80,40 - -
-37775 -44057 -37664 -43530 76 74,43 - -
-74979 -100600 -74758 -99456 58 50,93 - -
38
Figure 19. Montage de l’appareil utilisé pour la technique de la membrane poreuse sous
pression.
prévenir toute perte par évaporation. La membrane est recouverte d’une couche d’argile
d’environ 2 mm d’épaisseur pour assurer un bon contact hydraulique entre les éprouvettes
et la membrane. Une pression d’air connue est alors appliquée dans l’enceinte pendant
que l’eau sous la membrane est maintenue à la pression atmosphérique. La teneur en
humidité des échantillons est obtenue lorsque le volume d’eau extrait est en équilibre
pendant 7 jours. Ce processus est répété pour différents gradients de pression de façon à
obtenir une courbe de teneur en humidité d’équilibre en fonction du potentiel hydrique.
Dans la présente étude, la méthode de la membrane sous pression a été utilisée dans la
gamme de potentiel hydrique de -300 à -5000 Jkg-1 (tableau 4), et les expériences ont
requis entre 14 et 41 jours de désorption selon l’humidité relative considérée, la
température et l’espèce. Cette gamme a été complémentaire à celle obtenue avec la
méthode des solutions salines.
39
Pour le contrôle de la température, le système de membrane poreuse a été mis dans une
boite isolée pourvue d’un système de serpentin par lequel circulait du polyéthylène glycol
à l’aide d’un bassin thermostatique gradué à 25°C ou à 50°C. Ces dispositifs ont été
montés dans une chambre ayant une température de 24ºC ± 1ºC. Vingt éprouvettes par
groupe dont leur dimensions et masse avaient été prises préalablement ont été placées
dans ces dispositifs.
3.3. Essais mécaniques
3.3.1. Essais de compression
3.3.1.1. Contrôle des conditions hygrothermiques durant les essais
Étant donné l’importance de la teneur en humidité des échantillons dans le cadre de ce
travail, plusieurs précautions ont été prises afin d’assurer le contrôle des conditions
hygrothermiques durant les essais mécaniques.
Aussitôt sorties des cellules de sorption ou de l’extracteur, les vingt éprouvettes ont été
rapidement emballées en groupes de quatre dans des bandes de polyéthylène. Elles ont été
ensuite placées dans une enceinte, qui se trouvait près de la machine à essai. Cette
enceinte, faite de polystyrène pour éviter les pertes de chaleur, était composée d’un
dessiccateur entouré d’un serpentin par lequel circulait du polyéthylène glycol à l’aide
d’un bassin thermostatique réglé à 25°C ou 50°C, au dixième de degré près. Pour les
essais au-dessous de 96% (HR), une solution saline correspondant aux conditions où
venait de s’effectuer la sorption était versée dans le dessiccateur. Pour les essais au-dessus
de 96% (HR), de l’eau a été placée dans le dessiccateur afin de conserver une humidité
relative élevée.
40
Pour les essais à 25°C, les échantillons étaient entourés dans du coton hydrophile
conditionné au dessus des mêmes conditions hygrométriques que le bois. Ce coton servait
de régulateur hygrothermique à la surface des éprouvettes. Un tel système a été utilisé
avec succès préalablement par Arévalo (2002), Pontin (2005) et Almeida (2006). Pour les
essais à 50°C, les échantillons étaient enveloppés dans des bandes de polyéthylène en
couvrant leurs six faces. Une cabine munie d’un système de chauffage maintenait la
température à 50°C. Il faut remarquer que pendant les essais, le laboratoire d’essais
mécaniques était conditionné à 25°C.
3.3.1.2. Essais de compression tangentielle Les essais de compression tangentielle ont été réalisés sur une machine MTS Q TEST/5
ELITE CONTROLLER, qui a une capacité maximale de 5 kN. Cette machine est équipée
d’une base, de deux colonnes verticales, d’une plaque supérieure fixée à la traverse
mobile par en dessous et d’un mécanisme de contrôle. Une pièce de faible diamètre est
vissée à la plaque supérieure pour faciliter le positionnement et centrage de l’échantillon
tandis qu’un joint hémisphérique de grand rayon rend cette plaque facilement orientable
pour tenir compte du manque de parallélisme des faces mises en contact. Les précautions
prises à cet égard ont consisté à mouvoir la plaque orientable selon deux directions
perpendiculaires l’une à l’autre à mesure que la charge initiale était appliquée. Une base
inférieure de même diamètre que la supérieure, sert aussi à positionner et à centrer
l’éprouvette.
Le logiciel Test Works 4 a servi à la manipulation de la machine et à la prise des données.
Ce logiciel a créé un fichier de données brutes de charge et de déformation.
41
Tableau 6. Vitesses de déplacement de la traverse mobile de la machine à essai
mécanique en fonction de la teneur en humidité moyenne de l’éprouvette.
Il a été décidé d’utiliser un taux de déformation assez constant pour toutes les conditions
d’humidité, afin de limiter les effets de ce paramètre sur la déformabilité du bois (Sliker
1978). Des essais préliminaires faits sur des échantillons représentatifs de la masse
volumique basale moyenne ont conduit au choix des vitesses de déplacement de la
traverse mobile qui sont précisées au tableau 6. Ces vitesses ont donné des taux de
déformation élastique de l’ordre de 1% à la minute dans la partie médiane (40 mm) de
l’éprouvette.
Vitesse de la traverse Humidité relative
Bouleau jaune Hêtre à grandes feuilles
25°C 50°C 25°C 50°C 25°C 50°C
(%) (mm/min) (mm/min)
58 50,93 0,86 1,08 0,87 1,10
76 74,43 0,86 1,12 0,87 1,14
86 80,40 0,88 1,10 0,89 1,12
90 81,20 0,88 1,11 0,89 1,13
96 95,82 0,84 1,09 0,89 1,12
96,43 96,70 0,84 0,84 0,89 0,90
98,56 98,67 0,84 0,84 0,88 0,90
99,49 99,53 0,84 0,84 0,89 0,90
99,78 99,80 0,84 0,84 0,88 0,90
100 100 0,85 0,84 0,89 0,92
42
Figure 20. Dispositif de mesure des déformations en compression tangentielle
3.3.2. Mesure des déformations Le dispositif montré à la figure 20 a servi à mesurer les déformations de compression
simple en direction tangentielle. Un gabarit a été utilisé pour fixer l’extensomètre de façon
à ce que les pointes de contact soient montées de manière uniforme sur les éprouvettes.
Ces pointes ont été enfoncées à l’aide des écrous papillon sur la face transversale du bois.
Pour tenir compte de l’hypothèse de Barré de Saint-Venant sur le caractère local de la
triple contrainte près des points d’application des charges, l’extensomètre a été monté
dans la partie médiane des barreaux. Cet appareil comporte un système de leviers articulé
à une extrémité alors que l’autre porte un capteur linéaire Sangamo DG 1.0. Les pointes
fixées au barreau d’essai se trouvant à la mi-longueur des leviers, l’extensomètre amplifie
les déformations par un facteur deux. D’autre part, la déformation totale a été mesurée
directement via le déplacement de la machine.
43
Figure 21. Dispositifs pour la mesure des déformations des éprouvettes : (A) direction
tangentielle; (B) directions radiale et longitudinale.
3.4. Mesure des dimensions du bois Les dispositifs utilisés pour mesurer les dimensions suivant les directions principales du
bois sont illustrées à la figure 21. Ces mesures ont été faites à 0,001 mm près à l’aide de
micromètres Mitutoyo. Des gabarits en méthacrylate de méthyle ont permis d’établir les
dimensions à partir des centres géométriques des surfaces des échantillons, améliorant
ainsi la reproductibilité des mesures.
A
B
Chapitre 4
Exécution des essais
4.1. Sorption d’humidité
4.1.1. Méthode des solutions salines saturées La sorption a été réalisée dans une seule étape, pour les deux espèces et pour les deux
températures. Un total de trente deux cellules de sorption, soit trois bassins complets (10
cellules chacun) et deux cellules additionnelles placées dans un quatrième bassin ont été
utilisées pour la sorption, dont l’équilibre de température avait été atteint depuis déjà
quelque temps. Les solutions salines saturées avaient été préparées à l’avance et versées
dans les cellules de sorption.
La température de l’eau, qui a été contrôlée quotidiennement, a resté en général constante
à ± 0,01ºC près pour l’essai à 25°C. Cette température a varié davantage lors de l’essai à
50°C, soit ±0.1°C. La pesée des échantillons à intervalles réguliers a permis de suivre le
progrès de la sorption et de contrôler la durée nécessaire pour atteindre l’équilibre
hygroscopique.
4.1.2. Méthode de la membrane sous pression La sorption a été réalisée dans quatre extracteurs placés dans une chambre dont la
température était de l’ordre de 25ºC ± 1ºC. Avant de placer les échantillons dans
45
l’extracteur, ils ont été pesés et leurs dimensions dans les trois dimensions principales ont
été mesurées. Ensuite, vingt échantillons ont été placés dans chaque extracteur avec la
face transversale appuyée sur l’argile. La membrane avait été au préalable immergée dans
l’eau distillée et saturée complètement dans un dessiccateur par un cycle de vide. Le
matériel a ensuite été placé dans l’extracteur, lequel était par la suite fermé à l’aide des vis
de serrage. Le système de contrôle de la température fut démarré à ce moment (autant à
25°C comme à 50°C). La pression a été ensuite appliquée en ouvrant les valves contrôlant
l’entrée de l’azote. Le taux d’application de la pression a varié en fonction du niveau
désiré. L’eau extraite commençait à couler par le tube de caoutchouc dans les burettes
aussitôt que le gradient de pression était établi. Le contrôle de conditionnement était fait
en mesurant la quantité d’eau écoulée dans la burette. L’équilibre a été considéré comme
étant atteint lorsqu’il n’y avait plus d’écoulement dans les burettes durant sept jours. À ce
moment, on procédait à l’ouverture de l’extracteur.
La durée de l’essai pour chaque extracteur a été entre neuf jours et trente quatre jours,
dépendant de l’espèce et la condition de désorption utilisée. La durée de l’essai
augmentait avec le niveau de pression utilisé. La vitesse de la sorption a varié aussi en
fonction de l’espèce. Les temps requis pour toutes les conditions utilisées sont présentés
au tableau 7.
4.1.3. Détermination de la teneur en humidité d’équilibre La masse humide (MH) des éprouvettes était mesurée après leur transfert, par groupes de
vingt, dans la salle d’essais mécaniques. Une fois les vingt pesées prises, les échantillons
ont été enveloppés et placés dans l’enceinte climatisée près de la machine à essai. Après
l’essai mécanique, on a établi à nouveau la masse afin de vérifier l’efficacité de l’enceinte
et celle du coton hydrophile et/ou polyéthylène, qui servaient à contrôler l’humidité avant
et pendant l’essai. Les pertes de teneur en humidité durant l’essai mécanique ont varié
entre 0,56% et 0,79% (H) à 25°C, et entre 0,85% et 2,59% (H) à 50°C (tableau 8).
46
Tableau 7. Temps final requis pour l’obtention de l’équilibre d’humidité pour les deux
espèces étudiées.
* temps à partir duquel l'écoulement d'eau arrêtait. Une fois l’essai mécanique terminé, les échantillons ont été placés dans une étuve à 103ºC
pendant 24 heures. Ils ont ensuite été laissés dans un dessiccateur sur pentoxyde de
phosphore durant vingt minutes pour y refroidir avant d’établir leur masse anhydre. Cette
masse et la masse à la fin de la sorption ont servi pour déterminer la teneur en humidité
d’équilibre H, définie comme suit:
100×−
=o
oH
MMM
H (%)
Humidité relative État de
sorption Bouleau jaune Hêtre à grandes feuilles
25°C 50°C 25°C 50°C 25°C 50°C
(%) (jours) (jours)
58 50,93 désorption 113 97 125 98
76 74,43 désorption 140 99 140 100
86 80,40 désorption 154 104 187 106
90 81,20 désorption 254 102 309 103
96 95,82 désorption 531 106 530 109
96,43 96,70 désorption 34* 13* 21* 15*
98,56 98,67 désorption 17* 12* 16* 20*
99,49 99,53 désorption 10* 13* 9* 10*
99,78 99,80 désorption 28* 14* 13* 21*
47
où : H = teneur en humidité du bois
MH = masse de l’éprouvette à l’état humide
Mo = masse de l’éprouvette à l’état anhydre
Des mesures au milligramme près ont permis d’obtenir une précision de l’ordre 0,01%
(H). Cette variation a été acceptable puisqu’elle était inférieure aux erreurs
expérimentales, la véritable précision provenant des moyennes des groupes.
4.2. Compression tangentielle Les échantillons ont été transférés à la salle d’essais mécaniques enveloppés par groupes
de quatre dans des feuilles de polyéthylène. Une fois la pesée et la mesure des dimensions
de tous les échantillons réalisées, l’essai de compression débutait avec la fixation de
l’échantillon dans l’extensomètre à l’aide du gabarit, puis la pose soit du coton hydrophile
autour de l’échantillon pour les essais à 25°C ou celle du polyéthylène pour ceux à 50°C.
Enfin, le capteur de déformation (LVDT) était posé dans l’extensomètre. On vérifiait que
la course initiale du LVDT soit dans la région de plus grande précision (environ -0,50 V).
L’ensemble éprouvette-extensomètre était ensuite placé sur la base de la machine à essai à
l’aide de l’anneau de centrage. Une charge initiale était appliquée afin d’assurer qui toute
la surface du bois soit en contact avec la base de la machine. Enfin, on réglait la vitesse de
l’essai en fonction des conditions d’humidité de l’essai (tableau 6).
L’essai était terminé lorsque la charge à la limite de proportionnalité était dépassée en
compression tangentielle. Cette charge ainsi que la vitesse de déplacement avaient été
déterminées pour chaque espèce suite à des essais préliminaires.
48
Tableau 8. Changements de la teneur en humidité d’équilibre du bois pendant l’essai
mécanique.
Les valeurs négatives indiquent une perte d’humidité Ces essais ont servi à évaluer le coefficient de déformation tangentielle (s11) du bois,
l’inverse de ce paramètre étant par définition le module d’Young tangentiel (ET), soit:
LA
PL
Es
T
×∆∆== 1
11 (MPa-1)
où: PL ∆∆ / = pente de la courbe effort-déformation, établie par régression simple sur
la partie linéaire de la courbe.
Humidité relative État Bouleau jaune Hêtre à grandes
feuilles
25°C 50°C 25°C 50°C 25°C 50°C
(%) (%) (%)
58 50,93 désorption - -1,11 - -0,85
76 74,43 désorption - -1,93 - -1,86
86 80,40 désorption - -2,39 -0,76 -2,49
90 81,20 désorption - -1,94 -0,60 -2,19
96 95,82 désorption - -2,52 - -2,03
96,43 96,70 désorption -0,71 -2,24 -0,74 -2,11
98,56 98,67 désorption -0,78 -2,38 -0,76 -2,22
99,49 99,53 désorption -0,79 -2,59 -0,73 -1,70
99,78 99,80 désorption -0,56 -1,47 -0,62 -1,65
100 100 saturation intégrale -0,57 -1,15 -0,69 -1,10
49 L = longueur sur laquelle est faite la mesure de L∆ ou distance entre les pointes de
l’extensomètre
A = aire de la section droite de l’éprouvette (plan radial-longitudinal)
À partir de la courbe sollicitation-déformation, la charge à la limite proportionnelle (PºT) a
été définie par convention comme étant celle où les mesures réelles s’éloignent de un pour
cent de celles estimées par régression à partir des valeurs lues dans la partie linéaire de la
courbe. Des détails à propos d’une telle limite ont été donnés par Goulet et Veer (1975).
Le paramètre s11 a aussi été évalué pour les déformations mesurées sur toute la longueur
(environ 60 mm) du barreau comprimé, et le calcul de ce paramètre a été réalisé à l’aide
d’une macro-commande préparée sur le logiciel Microsoft Excel pour les déformations à
40 mm et 60 mm des échantillons (Michaud et Almeida 2004).
4.3. Détermination du retrait Les dimensions saturées établies avant les essais de sorption et celles mesurées à
l’équilibre hygroscopique avant l’essai de compression, ont servi à calculer les
coefficients de retrait partiels du bois de la façon suivante:
100×−
=US
UHUSUH d
ddβ (%)
où : UHβ = coefficient de retrait, de l’état saturé jusqu’à la teneur en humidité H,
suivant la direction U
dUS = dimension de l’échantillon à l’état saturé, suivant la direction U
dUH = dimension correspondante à la teneur en humidité H
En remplaçant dans l’équation précédente la direction U par les dimensions radiales et
tangentielles, on obtient les formules de calcul des coefficients de retrait radial (βRH) et
50
tangentiel (βTH) respectivement. Quant au retrait en volume (βVH), il a été établi par la
formule suivante :
( )[ ] 100××−+= RHTHRHTHVH βββββ (%)
Les mesures du volume saturé et de la masse anhydre ont également permis de calculer la
masse volumique basale (Db) de la manière suivante:
LSRSTSb ddd
MD
××= 0 (kg/m3)
La masse volumique basale du bois est un paramètre de base de son comportement
physique, donc de sa résistance mécanique et de son retrait.
Chapitre 5
Présentation des résultats Les principaux résultats des mesures du bois des deux espèces étudiées sont consignés
aux tableaux 9 à 11 pour le bouleau jaune et 12 à 14 pour le hêtre. Les tableaux 9 et 12
présentent la moyenne arithmétique des propriétés physico-mécaniques étudiées, pour
chacune des conditions d’humidité et pour les deux températures. On y trouve la teneur en
humidité d’équilibre (H), les coefficients de retrait tangentiel (βTH), radial (βRH) et
volumétrique (βVH), ainsi que le coefficient de déformation tangentiel (s11). Ces valeurs de
propriétés physico-mécaniques ont été obtenues avec vingt répétitions.
La variabilité des résultats expérimentaux relatifs aux propriétés étudiées est présentée
dans les tableaux 10 et 11 pour le bouleau jaune et 13 et 14 pour le hêtre. Les valeurs des
coefficients de variation de mesures sont présentées aux tableaux 10 et 13 tandis que
l’erreur relative de la moyenne est consignée aux tableaux 11 et 14. Ces deux paramètres
sont exprimés en proportion de la moyenne, en pourcentage (%).
Pour faciliter l’analyse, les données physico-mécaniques sont reproduites aux figures 22 à
27 pour le bouleau jaune et 28 à 33 pour le hêtre. Ainsi, les figures 22, 23, 28 et 29
présentent la teneur en humidité d’équilibre en fonction du potentiel hydrique pour chaque
espèce séparément, et pour les deux températures. Le retrait en fonction de la teneur en
humidité d’équilibre est montré également aux figures 24, 25, 30 et 31. Enfin, la
déformation en compression tangentielle en fonction de la teneur en humidité d’équilibre
est présentée aux figures 26, 27, 32 et 33. À part les moyennes arithmétiques, les figures
montrent la variabilité des mesures par l’entremise de l’erreur relative de la moyenne.
52
Dans certains cas, la magnitude de cette erreur est moindre que la grandeur du symbole
utilisé pour représenter la moyenne arithmétique.
Tab
leau
9. T
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0
0,9
3,0
12
,3
10,3
31,9
17
,2
13
,5
9,9
8,
4 5,
8
7,8
6,5
90
81,2
0
2,0
5,0
13
,1
12,8
21,7
14
,8
12
,9
12,2
7,9
9,4
8,
0 8,
3
96
95,8
2
4,6
6,6
16
2,2
22,7
296,
0 36
,6
51
4,5
24,5
- 7,
6 -
8,9
Dés
orpt
ion
sur m
embr
ane
pore
use
96,4
3 96
,70
2,
5 5,
7
19,1
27
,2
12
9,5
40,1
36,5
23
,3
5,
8 6,
3
6,9
8,2
98,5
6 98
,67
4,
5 4,
5
43,2
39
,6
18
75,4
13
7,2
31
1,1
50,6
6,3
8,1
7,
1 8,
2
99,4
9 99
,53
3,
3 2,
3
97,3
39
,2
11
9,5
94,5
99,3
47
,0
6,
6 6,
2
7,0
7,4
99,7
8 99
,80
1,
9 3,
8
204,
0 15
4,5
53
5,1
180,
4
785,
2 29
1,1
7,
4 10
,6
7,5
9,2
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n in
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100
100
8,
6 8,
6
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-
-
- -
5,
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4 8,
1 7,
1
58
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14.
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~
60 m
m
25°C
50
°C
25
°C
50°C
25
°C
50°C
25
°C
50°C
25
°C
50°C
25°C
50
°C
25°C
50
°C
Dés
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58
50,9
3
0,07
0,
46
1,
6 1,
6
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2,3
1,
4 1,
5
1,9
2,1
1,
7 1,
7
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74,4
3
0,12
0,
69
2,
0 2,
4
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1,
9 2,
0
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2,1
1,
3 1,
5
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0,
67
2,
7 2,
3
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0 2,
2
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1,
8 1,
4
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0
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1,
12
2,
9 2,
8
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2,
9 2,
7
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2,1
1,
8 1,
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95,8
2
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1,
48
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5,1
66
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8,2
11
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- 2,
0
Dés
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sur m
embr
ane
pore
use
96,4
3 96
,70
0,
56
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,0
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2
1,3
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1,
5 1,
8
98,5
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1,
02
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9,7
8,9
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19,3
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1,4
1,8
1,
6 1,
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74
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99,7
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45
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65
,1
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7 2,
1
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tégr
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100
100
1,
93
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-
-
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4 1,
8 1,
6
0
20
40
60
80
100
120
1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
libre
H é (%
)
saturation maximalemembrane poreusesolutions salines saturées
Figure 22. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune en fonction du
potentiel hydrique à 25ºC.
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
60
0
20
40
60
80
100
120
1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
libre
H
é (
%)
saturation maximalemembrane poreusesolutions salines saturées
Figure 23. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune en fonction du
potentiel hydrique à 50ºC.
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
61
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120
Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
ffici
ent d
e re
trait
βUH (%
)
VolumétriqueTangentielRadialPSF
Figure 24. Coefficients de retrait du bois de bouleau jaune en fonction de sa teneur en
humidité d’équilibre à 25°C.
62
0
2
4
6
8
10
12
0 20 40 60 80 100 120
Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
ffici
ent d
e re
trait
βUH (%
)
VolumétriqueTangentielRadialPSF
Figure 25. Coefficients de retrait du bois de bouleau jaune en fonction de sa teneur en
humidité d’équilibre à 50°C.
63
0
1
2
3
4
5
0 20 40 60 80 100 120
Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
ffici
ent d
e dé
form
atio
n s 11
(GPa
-1)
sur 60 mmsur 40 mm
Figure 26. Coefficients de déformation du bois de bouleau jaune en compression
tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C.
64
0
2
4
6
8
0 20 40 60 80 100 120
Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
ffici
ent d
e dé
form
atio
n s 11
(GPa
-1)
sur 60 mmsur 40 mm
Figure 27. Coefficients de déformation du bois de bouleau jaune en compression
tangentielle en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 50°C.
65
0
20
40
60
80
100
120
1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
ulib
re H
é (%
)
saturation maximalemembrane poreusesolutions salines saturées
Figure 28. Teneur en humidité d’équilibre du bois de hêtre en fonction du potentiel
hydrique à 25ºC.
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
66
0
20
40
60
80
100
120
1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
ulib
re H
é (%
)
saturation maximalemembrane poreusesolutions salines saturées
Figure 29. Teneur en humidité d’équilibre du bois de hêtre en fonction du potentiel
hydrique à 50ºC.
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
67
0
2
4
6
8
10
12
0 20 40 60 80 100 120
Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
ffici
ent d
e re
trait
U
H (%
)VolumétriqueTangentielRadialPSF
Figure 30. Coefficients de retrait du bois de hêtre en fonction de sa teneur en humidité
d’équilibre à 25°C.
68
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100 120
Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
ffici
ent d
e re
trait
β UH (%
)VolumétriqueTangentielRadialPSF
Figure 31. Coefficients de retrait du bois de hêtre en fonction de sa teneur en humidité
d’équilibre à 50°C.
69
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100 120Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
ffici
ent d
e dé
form
atio
n s 11
(GPa
-1)
sur 60 mm
sur 40 mm
Figure 32. Coefficients de déformation du bois de hêtre en compression tangentielle en
fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 25°C.
70
0
1
2
3
4
5
0 20 40 60 80 100 120Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
ffici
ent d
e dé
form
atio
n s 11
(GPa
-1)
sur 60 mmsur 40 mm
Figure 33. Coefficients de déformation du bois de hêtre en compression tangentielle en
fonction de sa teneur en humidité d’équilibre à 50°C.
Chapitre 6
Discussion des résultats
6.1. Précision des mesures et variabilité Les tableaux 10, 11, 13 et 14 indiquent les coefficients de variation et les erreurs des
moyennes des principaux paramètres ayant fait l’objet des mesures. Pour fins de
comparaison, ces données statistiques sont exprimées en proportion des moyennes des
vingt éprouvettes.
La précision des moyennes a varié selon les particularités des paramètres étudiés. La teneur
en humidité d’équilibre fut évaluée avec la meilleure précision possible parmi les propriétés
étudiées. La méthode des solutions salines saturées s’est avérée plus précise que celle de la
membrane poreuse sous pression pour la détermination de la teneur en humidité d’équilibre
à 25°C. Par contre, la précision de H déterminée par la méthode de solutions salines fut
environ trois fois moindre à 50°C qu’à 25°C. Le système de contrôle de la température des
bassins à 50°C fut ainsi moins efficace que celui employé pour les bassins à 25°C. Cela a
eu comme effet qu’à 50°C, la teneur en humidité d’équilibre fut déterminée avec le même
niveau de précision pour les deux méthodes utilisées (solutions salines et membrane
poreuse sous pression). Ces deux méthodes couvrent cependant différents intervalles
d’humidité relative de l’air ambiant et sont donc complémentaires. La précision obtenue
pour H à l’aide de solutions salines saturées pour le bouleau jaune et pour le hêtre à 25°C a
été similaire à celle obtenue par Almeida (2006) pour des expériences de sorption
semblables. Ces niveaux de précision à température ambiante ont été également obtenus par
72
Goulet et Hernández (1991), Hernández et Bizoň (1994), Arévalo (2002), Hernández et
Pontin (2006) et Hernández (2007b) pour d’autres espèces de bois.
Par ailleurs, la précision obtenue par la méthode de la membrane sous pression fut similaire
à celle obtenue par Almeida (2006) pour les mêmes bois. L’intervalle d’humidité relative
couvert par cette méthode correspond à la zone où le phénomène de sorption est régi par les
forces de capillarité dans le bois. Ainsi, l’équilibre d’humidité dépendra davantage de la
structure poreuse et de la structure anatomique du bois.
La précision obtenue lors de la détermination de la teneur en humidité d’équilibre
s’explique par le nombre de répétitions utilisé (20) et par la sélection du matériel d’essai.
Quant au retrait, on remarque que les conditions d’humidité ont affecté les précisions
obtenues, notamment au-delà de 96% (HR) pour les deux températures et les deux espèces
étudiées. Cependant, l’erreur élevée des mesures s’explique par la faible valeur du retrait
autour de ces niveaux d’humidité. On s’aperçoit qu’en général la précision des mesures
augmente à mesure que l’humidité relative de l’air ambiant diminue. De plus, le retrait
tangentiel des deux espèces a été évalué avec plus de précision que le retrait radial. Cela
s’explique par le fait que le premier ait été favorisé par la plus grande dimension
tangentielle des éprouvettes (tableaux 11 et 14). Le retrait volumétrique a été calculé sans
considérer le retrait dans la direction longitudinale puisque ces valeurs étaient si faibles
qu’elles étaient grandement affectées par l’erreur expérimentale.
Les coefficients de déformation s11 à 40 mm ont été établis avec une erreur généralement
inférieure à 4,4% pour le bouleau jaune et à 2,5% pour le hêtre. Ces niveaux d’erreur furent
similaires pour les deux températures étudiées. La précision des valeurs de déformation
mesurées sur toute la longueur de l’échantillon fut légèrement meilleure que celle obtenue
pour la déformation mesurée dans sa partie médiane. Almeida (2006) a rapporté pour les
mesures de déformabilité à 25°C des niveaux de précision supérieurs à ceux trouvés dans le
présent travail, pour les mêmes espèces.
73
Finalement, certaines propriétés ont montré une imprécision élevée que le mode de mesure
a pu amplifier mais qui correspond à leur variabilité propre. Il en est ainsi du retrait
longitudinal (non montré). Le coefficient de variation du retrait longitudinal s’est avéré très
élevé, comme l’ont déjà constaté Goulet et Fortin (1975), Hernández et Bizoň (1994) et
Pontin (2005).
6.2. Hygroscopicité du bois Les figures 22, 23, 28 et 29 illustrent la relation entre le potentiel hydrique et la teneur en
humidité d’équilibre des bois de bouleau jaune et de hêtre à 25°C et 50°C. Ces figures
montrent autant les humidités obtenues en désorption que celle obtenue suite à une
saturation intégrale. Dans quasiment tous les cas, l’erreur de la moyenne des teneurs en
humidité d’équilibre ne dépasse pas la grandeur du symbole utilisé. Cette représentation
graphique à l’échelle logarithmique élargit de façon importante la région du domaine
hygroscopique à hautes valeurs d’humidité relative de l’air. On remarque ainsi une
excellente continuité entre les valeurs mesurées par les deux méthodes de sorption, ce qui
confirme l’utilité de la méthode de la membrane poreuse pour la détermination de la teneur
en humidité d’équilibre à des humidités relatives élevées. Cette correspondance de résultats
entre les deux méthodes a été rapportée auparavant par plusieurs chercheurs (Cloutier et
Fortin 1991; Hernández et Bizoň 1994; Defo et al. 1999; Almeida et Hernández 2006a,
2006b; Hernández et Pontin 2006).
Les figures citées précédemment montrent la présence de l’hystérèse à la saturation à
hautes valeurs d'humidité relative de l’air ambiant. Cette hystérèse a été définie par Goulet
et Hernández (1991) comme étant la différence entre l’équilibre obtenu suite à une
désorption en présence d’eau liquide et celui atteint en désorption à partir de la saturation
des membranes. Ce phénomène est apparent lors de désorptions subséquentes, c’est-à-dire
qu’il n’est pas limité au premier séchage mais plutôt à une désorption réalisée en présence
d’eau libre (Barkas 1949; Goulet 1968; Goulet et Hernández 1991; Cloutier et Fortin 1991;
74
Hernández et Bizoň 1994; Almeida et Hernández 2006a, 2006b; Hernández et Pontin
2006).
Dans la présente recherche, les essais de désorption ont été réalisés à partir de la saturation
intégrale de manière que les courbes obtenues représentent les teneurs d’humidité
d’équilibre maximales atteintes pour chaque condition d’humidité. Le terme courbe de
désorption limite est alors utilisé pour décrire ce phénomène. Une autre courbe de
désorption obtenue à partir d’une humidité plus faible devrait être située au-dessous d’une
telle courbe de désorption limite (Hernández et Bizoň 1994; Hernández et Pontin 2006).
Des résultats expérimentaux confirmant ce comportement ont été rapportés par Defo et al.
(1999) pour le bois d’érable à sucre.
Almeida et Hernández (2006a, 2006b) ont obtenu pour le bouleau jaune et le hêtre des
valeurs similaires de teneur en humidité d’équilibre en désorption à 25°C (figures 34 et 35).
Par ailleurs, les figures 36 et 37 montrent que les écarts des valeurs de teneur en humidité
d’équilibre des deux espèces étudiées sont relativement faibles entre 0% et 90% d’humidité
relative de l’air ambiant, tandis qu’au dessus de cette valeur d’humidité les différences
entre ces deux espèces sont plus marquées. Les différences d’équilibre entre les espèces
augmentent donc au fur et à mesure que l’humidité relative de l’air augmente.
Tel qu’indiqué plus haut, la région entre 96% et 100% (HR) est très élargie lorsqu’on
utilise le concept de potentiel hydrique pour la représentation des isothermes de sorption.
Cette région est très importante dans l’étude des interactions bois-eau étant donné que
celles-ci sont contrôlées par les forces capillaires et en conséquence par la microstructure
du bois. Puisque le bois est un matériel poreux, un effet important à considérer pour
l’interprétation des figures 22, 23, 28 et 29 est le phénomène dit de «la bouteille d’encre».
Le système capillaire du bois est composé de cavités cellulaires interconnectées en série par
des canaux plus étroits. La variation des dimensions entre les différents types de cavités
connectées en série suggère que la désorption est contrôlée par un potentiel hydrique plus
faible, lequel est régi par les plus petits pores. D’autre part, les conditions d’adsorption sont
contrôlées par un potentiel hydrique plus fort, lequel dépend des plus gros pores. Ainsi, la
0
20
40
60
80
100
120
1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
libre
H é (%
)
Présent travail
Almeida et Hernández (2006a)
Figure 34. Comparaison des teneurs en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune
mesurées dans le présent travail et dans celui d’Almeida et Hernández (2006a),
en fonction du potentiel hydrique à 25ºC.
courbe de désorption dépend du diamètre des canaux qui relient les cavités cellulaires,
tandis que la courbe d’adsorption est surtout régie par le diamètre de ces cavités (Fortin
1979).
Les courbes de désorption entre 0 et -5000 Jkg-1 ψ furent alors différentes pour les deux
espèces étudiées, étant donné qu’à hautes valeurs d’humidité, les valeurs d’équilibre seront
davantage fonction du volume, de la distribution et de la dimension des pores dans le bois
des différentes espèces (Fortin 1979, Almeida et Hernández 2006b). De plus, la variation
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
0
20
40
60
80
100
120
1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
ulib
re H
é (%
)
Présent travail
Almeida et Hernández (2006b)
Figure 35. Comparaison des teneurs en humidité d’équilibre du bois de hêtre mesurées
dans le présent travail et dans celui d’Almeida et Hernández (2006b) en
fonction du potentiel hydrique à 25ºC.
de la structure anatomique entre les espèces doit contribuer également à expliquer ces
différences.
Les figures 38 et 39 montrent que le drainage d’eau entre la saturation maximale et -300
Jkg-1 ψ fut d’environ 43,7% et 56,2% (H) pour le bouleau jaune, et de 59,4% et 58,2% (H)
pour le hêtre, à 25°C et 50°C respectivement. Selon des études antérieures, la perte initiale
d’eau dans le bois devrait avoir lieu dans les capillaires les plus larges, notamment ceux des
lumens des vaisseaux (Hernández et Bizoň 1994; Almeida et Hernández 2006a; Hernández
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
77
0
20
40
60
80
100
120
1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
libre
H é (%
)
Bouleau jauneHêtre à grandes feuilles
Figure 36. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune et hêtre à grandes
feuilles en fonction du potentiel hydrique à 25ºC.
et Pontin 2006). Le tableau 5 montre que à -300 Jkg-1 ψ, les capillaires ayant un rayon plus
grand que 0,48 µm à 25°C et 0,45 µm à 50°C sont déjà vides. Des mesures d’anatomie
quantitative réalisées par Almeida et Hernández (2006c) montrent que le diamètre
tangentiel moyen des vaisseaux est de 86 µm pour le bouleau jaune et de 40 µm pour le
hêtre. La proportion des vaisseaux dans le volume total du bois était de 15% pour le
bouleau jaune et de 25% pour le hêtre. On confirme donc en effet que les vaisseaux
constituent la première voie de drainage de l’eau dans le bois, à cause de leur taille ainsi
que de leur proportion élevée dans le bois de ces espèces. Le hêtre, qui présente un volume
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
78
0
20
40
60
80
100
120
1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
libre
H é (%
)
Bouleau jauneHêtre à grandes feuilles
Figure 37. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune et de hêtre à grandes
feuilles en fonction du potentiel hydrique à 50ºC.
de vaisseaux plus grand que le bouleau jaune, montre ainsi un changement plus abrupt de la
courbe de teneur en humidité d’équilibre entre 0 et -300 Jkg-1 ψ (figures 36 et 37).
Par ailleurs, la courbe de désorption limite à 25°C pour le bouleau jaune change de façon
abrupte entre -300 Jkg-1 et -700 Jkg-1 ψ et plafonne entre -700 Jkg-1 et -5000 Jkg-1 ψ (figure
38). Puisque le bouleau jaune a une proportion des fibres assez élevée, cette baisse de
teneur en humidité semble indiquer que le drainage complet des cavités de fibres serait
accompli à -700 Jkg-1 ψ. Ce drainage dépendra de la taille des ouvertures dans les
membranes des ponctuations connectant les fibres. Cela signifie que le rayon moyen de ces
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
79
ouvertures pourrait être plus grand que 0,21 µm (-700 Jkg-1 ψ) pour cette espèce (tableau
5). Le même résultat fut obtenu par Almeida et Hernández (2006a) pour le bouleau jaune à
25°C. Le plateau observé entre -700 Jkg-1 et -5000 Jkg-1 ψ (figure 38) indique que les
ouvertures qui contrôlent la rétention et drainage de l’eau liquide sont peu abondantes entre
ces niveaux de potentiel hydrique. L’eau restante dans le bois pourrait être localisée dans
les capillaires ayant un rayon égal ou plus petit qu’environ 0,029 µm (tableau 5). Le plateau
montré pourrait correspondre à la transition entre le drainage des cavités de fibres et celui
des parois cellulaires et des lumens des cellules de parenchyme longitudinal et radial. Un
plateau similaire a été déjà observé sur le bois d’érable à sucre par Hernández et Bizoň
(1994). Selon Hart (1984) une partie importante de l’eau liquide présente au-dessous de -
700 Jkg-1 ψ pourrait être logée dans les cellules de parenchyme. À -5000 Jkg-1 ψ, on
distingue une très bonne correspondance entre les deux méthodes de sorption utilisées à
25°C. En effet, les valeurs de teneur en humidité d’équilibre obtenues à -5000 Jkg-1 ψ
(membrane poreuse) et à -5619 Jkg-1 ψ (solution saline saturée de K2SO4) sont très
rapprochées.
Par ailleurs, la courbe de désorption du bouleau jaune à 50°C est inférieure à celle obtenue
à 25°C, à l’exception de la condition d’équilibre à -700 Jkg-1 ψ (figure 38). En fait, la
désorption à 50°C suit le même comportement de drainage d’eau que la courbe à 25°C
jusqu’à -5000 Jkg-1 ψ. À -300 Jkg-1 ψ, la différence entre les valeurs de teneur en humidité
d’équilibre à 25°C et 50°C est de 12% (H). Cette perte en humidité plus élevée à 50°C qu’à
25°C pourrait s’expliquer par une plus grande perméabilité des tissus du bois favorisée par
l’élévation de la température. Cependant, l’intervalle entre -300 Jkg-1 et -700 Jkg-1 ψ
montre une diminution particulière de l’humidité d’équilibre. Sachant que la conductivité
de l’eau augmente avec la température (Tremblay et al. 1996), le temps pour atteindre
l’équilibre d’humidité est inversement proportionnel à la température, à un niveau de
potentiel hydrique déterminé. Cependant, à -700 Jkg-1 ψ, le temps fut plus long à 50°C qu’à
25°C. La valeur H à -700 Jkg-1 ψ et 50°C pourrait alors être légèrement affectée par une
source inconnue. Il se pourrait aussi que ce niveau de potentiel hydrique établisse
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1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
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mid
ité d
'équi
libre
H é (%
)
25°C50°C
Figure 38. Teneur en humidité d’équilibre du bois de bouleau jaune en fonction du
potentiel hydrique à 25°C et 50ºC.
véritablement la limite du drainage complet des cavités cellulaires des fibres. Cette limite
devrait être égale pour les deux températures étudiées. Il en résulte qu’à 50°C la teneur en
humidité d’équilibre a diminué de manière plutôt constante entre -300 Jkg-1 et -5000 Jkg-1
ψ. En revanche, la région entre -5000 Jkg-1 et -6370 Jkg-1 ψ à 50°C présente un changement
abrupt de la teneur en humidité d’équilibre, ce qui pourrait correspondre avec le drainage
de l’eau liquide dansles rayons ligneux. Ce résultat n’a pas été observé à 25°C car
l’intervalle de potentiel hydrique utilisé dans cette région fut plus grand.
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
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1101001000100001000001000000
Potentiel hydrique (Jkg-1)
Tene
ur e
n hu
mid
ité d
'équi
ulib
re H
é (%
)
25°C
50°C
Figure 39. Teneur en humidité d’équilibre du bois de hêtre en fonction du potentiel
hydrique à 25°C et 50ºC.
Dans le cas du hêtre à 25°C, la courbe de désorption limite en-dessous de -300 Jkg-1 ψ
présente une diminution assez constante de la teneur en humidité d’équilibre durant la
désorption, sans présence d’aucun plateau intermédiaire (figure 39). Ce résultat a été
observé antérieurement par Almeida et Hernández (2006b). Dans le cas de bois de
conifères, Fortin (1979) et Tremblay et al. (1996) ont rapporté des courbes de drainage sans
plateau intermédiaire. Une distribution plus uniforme des ouvertures de pores peut
expliquer l’absence de plateau dans ces espèces. Ces résultats confirment qu’à des
humidités élevées, la relation teneur en humidité d’équilibre-potentiel hydrique est
fortement dépendante des espèces. Au niveau de la transition entre la méthode de la
membrane poreuse et celle des solutions salines saturées, le point correspondant à -5619
-106 -105 -104 -103 -102 -101 -100
82
Jkg-1 ψ (K2SO4) à 25°C a été considéré inexact car la valeur de teneur en humidité obtenue
fut supérieure à celle à -5000 Jkg-1 ψ (tableau 12; figure 28). Cette valeur dépasse
également la courbe de désorption limite rapportée pour cette même espèce par Almeida et
Hernández (2006b) (figure 35). Le calcul de la teneur en humidité fut, dans ce cas, faussé
par une diminution de la masse subie par les échantillons suite à l’action des agents de
moisissure et/ou pourriture. Cette attaque fut favorisée par le niveau d’humidité relative et
par le temps de conditionnement trop long (530 jours).
À 50°C, les valeurs de teneur en humidité d’équilibre pour le hêtre son légèrement
inférieures à celles à 25°C, et comme dans le cas du bouleau jaune, la courbe de désorption
se comporte de manière semblable à celle à 25°C jusqu’à -5000 Jkg-1 ψ. À -5000 Jkg-1 ψ la
courbe change brusquement tel que observé pour le bouleau jaune. Cela pourrait ainsi
correspondre avec le vidange de l’eau liquide présente dans les rayons ligneux. En résumé,
la discussion montre que l’équilibre hygroscopique est plus faible à 50°C qu’à 25°C pour
les deux espèces étudiées, ce qui confirme l’influence qui a la température sur cette
propriété.
En dessous de -14502 Jkg-1 et de -6370 Jkg-1 ψ à 25°C et à 50°C respectivement, pour le
bouleau jaune (figure 38) et pour le hêtre (figure 39), la teneur en humidité d’équilibre
diminue lentement. En-dessous de -37775 Jkg-1 (76% HR) et de -44057 Jkg-1 (74% HR) ψ à
25°C et à 50°C respectivement, les courbes de désorption de ces deux espèces sont
quasiment accolées. On prévoyait ce comportement puisque la désorption de l’eau liquide à
ces niveaux d’humidité relative de l’air est quasiment terminée. Plus précisément,
Hernández (1983) a démontré que la perte d’eau liquide pour l’érable à sucre serait
accomplie à environ 63% (HR), valeur que correspond à 14% de teneur en humidité
d’équilibre. Il est reconnu que la désorption de l’eau liée est presque similaire entre les
différents bois tempérés.
Dans les cas de certaines espèces de bois, il est souvent difficile d’identifier l’emplacement
de l’eau liquide dans les différents tissus ligneux en fonction du potentiel hydrique en
cause. Il est même probable qu’il se produise un drainage simultané de l’eau liquide dans
83
les divers éléments du bois. Il y aurait donc un chevauchement entre les canaux
interconnectant les cavités cellulaires des différents tissus composant le bois. Le choix
spécifique des niveaux de potentiel hydrique à étudier, ainsi que leur nombre, est également
très important.
Finalement, pour le cas spécifique du hêtre, les valeurs de retrait obtenues aux conditions
de -700 Jkg-1 ψ à 25°C et 50°C et de -5619 Jkg-1 ψ à 25°C, ainsi que celle de teneur en
humidité à -5619 Jkg-1 ψ à 25°C ont été mises dans les tableaux à titre indicatif seulement.
Elles n’ont pas été considérées dans la discussion du retrait à cause de leur manque de
consistance. De plus, la désorption au-dessus de ZnSO4 à 50°C ne fut pas réalisée de la
même manière que les autres. La grande solubilité de ce sel nous a forcés à placer dix
échantillons par cellule de sorption au lieu de 20. La valeur d’humidité relative de ZnSO4 à
50°C a été déterminée par estimation à partir des valeurs de Rockland (1960). Cette valeur
a été très semblable à celle obtenue avec la solution de KCl à 50°C. Il en résulte que les
valeurs de teneur en humidité d’équilibre et de retrait ont été similaires pour les deux
solutions à 50°C.
6.3. Le point de saturation des fibres Le point de saturation des fibres pour les deux espèces à deux températures a été estimé à
partir de la méthode du point d’intersection du retrait volumétrique en fonction de la teneur
en humidité d’équilibre (Kelsey 1956). Le PSF est ainsi défini comme la teneur en humidité
du bois où le prolongement de la portion linéaire de la droite retrait-teneur en humidité
d’équilibre coupe la ligne de retrait nul (Stamm 1964; Skaar 1988; Siau 1995). Pour cette
estimation, seulement les valeurs de retrait volumique obtenues entre 58% et 76% (HR) à
25°C et entre 50% et 74% (HR) à 50°C, ont été utilisées. Cela tient compte de la non
linéarité de la courbe de retrait à des teneurs en humidité basses (Kelsey 1956) ainsi que de
l’effet de l’hystérèse à saturation sur le retrait à des teneurs en humidité élevées (Hernández
et Bizoň 1994).
84
Le point de saturation des fibres estimé fut d’environ 30,7% et 29,1% (H) pour le bouleau
jaune, et de 29,9% et 30,3% (H) pour le hêtre, à 25°C et 50°C respectivement. Pour les
mêmes espèces, Almeida et Hernández (2006a, 2006b) ont établi le point de saturation de
fibres à environ 29% et 31% pour le bouleau jaune et hêtre respectivement, à 25°C. Le PSF
devrait diminuer avec une augmentation de la température à un taux moyen de 0,93% (H)
par élévation de 10°C (Siau 1995). Alors, le PSF a diminué à 50°C par rapport à 25°C dans
les cas du bouleau, nonobstant que la différence entre les deux valeurs est très faible. Par
contre, le PSF pour le hêtre est quasiment le même pour les deux températures, même
légèrement plus grand à 50°C qu’à 25°C. Cet effet pourrait être expliqué par la présence
d’un léger collapse dans le bois de hêtre à 50°C (Kelsey 1956). Ainsi, ce collapse a dû
affecter la linéarité de la relation retrait-teneur en humidité d’équilibre aux teneurs en
humidité utilisées pour la détermination du PSF. L’effet du taux de désorption pourrait
également être en cause. En effet, la désorption a été réalisée dans une seule étape pour
25°C et 50°C. Le taux de sorption a donc varié pour ces deux températures. Il est reconnu
que ce taux affecte le niveau d’équilibre d’humidité (Christensen et Kelsey 1959).
6.4. Relation entre l’humidité d’équilibre du bois et le retrait Les relations entre la teneur en humidité d’équilibre et le retrait tangentiel, radial et
volumétrique du bois pour le bouleau jaune et hêtre, à 25°C et 50°C, sont présentées aux
figures 24, 25, 30 et 31. Les courbes présentées ont été tracées à main levée et prennent en
compte l’état de sorption. Ainsi, la valeur du point de saturation de fibres est aussi
présentée pour fins d’analyse et elle n’est pas unie avec les autres points.
À une teneur en humidité donnée, le retrait du bois de bouleau jaune est similaire à 25°C et
à 50°C (figure 40). La température n’aurait donc pas d’effet sur le retrait de ce bois. Des
résultats semblables ont été rapportés par Djolani (1970) pour le bois d’érable à sucre entre
5°C et 50°C. La température pour ces deux espèces n’affecte que l’équilibre hygroscopique
du bois. Son effet sur le retrait ne serait donc qu’indirect. Toutefois, pour le hêtre la
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Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
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βVH (%
) Retrait volumétrique à 25°C
Retrait volumétrique à 50°C
Figure 40. Coefficient de retrait volumétrique de bois de bouleau jaune en fonction de sa
teneur en humidité d’équilibre à 25°C et 50°C.
présence du collapse (expliqué plus loin) aurait provoqué un retrait plus grand à 50°C qu’à
25°C.
Chez les deux espèces, les retraits tangentiel, radial et volumétrique commencent avant que
le point de saturation de fibres soit atteint. Afin de déterminer la teneur en humidité
d’équilibre à laquelle le retrait commence, les différences entre les dimensions à saturation
maximale et celles à chaque condition d’équilibre étudiées ont été calculées. Cela a été
réalisé pour les dimensions tangentielle et radiale. Puisque les dimensions à saturation
maximale et celles à chaque condition d’équilibre étudiée ont été prises sur le même
échantillon, un test T student par paires a été réalisé (SAS Institute 2002-2003). Ce test a
déterminé si le changement en dimension entre ces deux conditions d’équilibre est
Tableau 15. Analyse statistique de la différence en dimension des échantillons après
saturation maximale et à la condition d’équilibre étudiée pour le bouleau jaune
à 25°C et 50°C.
Direction tangentielle2 Direction radiale3
T Hé 1 TSM TH Diff T Valeur RSM RH Diff R Valeur
(°C) (%) (mm) (mm) (mm) t (mm) (mm) (mm) t
25 42,3 63,84 63,81 0,03 4,14** 20,92 20,90 0,02 3,10**
73,0 63,83 63,82 0,01 2,98** 20,89 20,90 -0,01 -1,68 n.s.
50 35,4 63,88 63,67 0,21 13,15** 20,91 20,88 0,03 5,46**
41,8 63,84 63,81 0,03 4,51* 20,92 20,93 -0,02 -1,71 n.s. 1 Teneur en humidité d’équilibre à laquelle DiffT (différence entre dimension TSM et TH) et DiffR (différence entre dimension RSM et
RH) fut statistiquement supérieure à zéro. 2 Moyenne de 20 mesures: TSM = dimension tangentielle à saturation maximale, TH = dimension tangentielle à l’humidité d’équilibre. 3 Moyenne de 20 mesures: RSM = dimension radiale à saturation maximale, RH = dimension radiale à l’humidité d’équilibre. (*) Statistiquement significatif à au moins 5% de niveau de probabilité. (**) Statistiquement significatif à au moins 1% de niveau de probabilité. (n.s.) Non statistiquement significatif à 5% de niveau de probabilité.
Tableau 16. Analyse statistique de la différence en dimension des échantillons après
saturation maximale et à la condition d’équilibre étudiée pour le hêtre à 25°C
et 50°C.
Direction tangentielle2 Direction radiale3
T Hé 1 TFS TH Diff T Valeur RFS RH Diff R Valeur
(°C) (%) (mm) (mm) (mm) t (mm) (mm) (mm) t
25 36,3 65,11 64,79 0,32 23,16** 20,74 20,70 0,04 3,45**
41,2 65,03 64,98 0,05 10,34** 20,75 20,75 0,00 -0,24 n.s.
59,0 65,10 65,09 0,01 2,19* 20,77 20,78 -0,01 -0,83 n.s.
50 40,5 65,17 64,96 0,20 11,29** 20,74 20,71 0,03 3,26**
58,4 65,20 65,23 -0,03 -2,88 n.s. 20,77 20,74 0,03 2,48* 1 Teneur en humidité d’équilibre à laquelle DiffT (différence entre dimension TSM et TH) et DiffR (différence entre dimension RSM et
RH) fut statistiquement supérieure à zéro. 2 Moyenne de 20 mesures: TSM = dimension tangentielle à saturation maximale, TH = dimension tangentielle à l’humidité d’équilibre. 3 Moyenne de 20 mesures: RSM = dimension radiale à saturation maximale, RH = dimension radiale à l’humidité d’équilibre. (*) Statistiquement significatif à au moins 5% de niveau de probabilité. (**) Statistiquement significatif à au moins 1% de niveau de probabilité. (n.s.) Non statistiquement significatif à 5% de niveau de probabilité.
87
statistiquement plus grand que zéro, à un niveau de probabilité de 0,05. Les tableaux 15 et
16 résument les principaux résultats de cette analyse pour les deux espèces à 25°C et 50°C.
La teneur en humidité d’équilibre à laquelle le retrait a été plus grand que zéro varie entre
les deux espèces, étant donné que le drainage d’eau à des teneurs en humidité élevées
dépend de la structure du bois.
Pour le bois de bouleau jaune, le retrait à 25°C a débuté déjà à une teneur en humidité
d’équilibre au-dessus du PSF, estimé à 30,7% (H). Le retrait est ainsi déjà significatif à
environ 73,0% (Hé) (-300 Jkg-1 ψ) en direction tangentielle, et à environ 42,3% (Hé) (-700
Jkg-1 ψ) en direction radiale. Il en résulte que le retrait volumique est déjà apparent à
environ 42,3% (Hé). À 50°C, le retrait a débuté aussi à une teneur en humidité d’équilibre
au-dessus du PSF, estimé à 29,1% (H). Le retrait en direction tangentielle et radiale, et donc
en volume, est significatif à 35,4% (Hé) (-2000 Jkg-1 ψ). Ces résultats confirment que même
à l’équilibre, la perte d’eau liée des parois cellulaires provoque le retrait dans le bois avant
que toute l’eau liquide soit perdue. Ainsi, le début du retrait se fait en présence d’eau libre
et d’eau liée. On déduit ainsi que le bouleau jaune retient encore 11,6% (H) à 25°C et 6,3%
(H) à 50°C sous forme liquide lorsque le retrait est tout près de commencer. Almeida et
Hernández (2006a) ont estimé que le retrait volumique du bouleau jaune commence déjà à
41% (Hé) et que l’eau retenue était d’environ 12% (H) à 25°C. Ils ont de plus conclu que
cette eau pourrait être retenue dans les cellules du bois qui sont interconnectées par les plus
petits capillaires ou canaux, soit entre les cellules de parenchyme radial, les mêmes qui ont
été considérées par Siau (1995) comme les éléments les moins perméables dans le bois de
feuillus. Puisque les membranes des ponctuations entre parenchyme-parenchyme sont plus
épaisses que les membranes des ponctuations entre vaisseaux et entre fibres, elles sont
considérées comme les voies les moins efficaces pour le flux de liquides (Wheeler 1982).
Par ailleurs, on peut voir qu’effectivement une augmentation de la température influence la
teneur en humidité d’équilibre à laquelle le retrait commence : la valeur H de départ du
retrait se rapproche de celle de la saturation des fibres.
Pour le cas du hêtre, le retrait à 25°C a débuté déjà à une teneur en humidité d’équilibre au-
dessus du PSF, estimé à 29,9% (H). Le retrait est ainsi déjà significatif à environ 41,2%
88
(Hé) (-2000 Jkg-1 ψ) en direction tangentielle et à environ 36,3% (Hé) (-5000 Jkg-1 ψ) en
direction radiale. Le retrait volumique est alors déjà apparent à environ 36,3% (Hé) à 25°C.
À 50°C, le retrait a débuté aussi à une teneur en humidité d’équilibre au-dessus du PSF,
estimé à 30,3% (H). Le retrait en direction tangentielle et radiale et en volume est
significatif à 40,5% (Hé) (-2000 Jkg-1 ψ). On déduit que le bois de hêtre retient 6,4% (H) à
25°C sous forme liquide lorsque le retrait commence. Almeida et Hernández (2006b) ont
estimé que le retrait volumique du hêtre commence à 40,2% (Hé) et que l’eau retenue était
d’environ 9% (H) à 25°C. À 50°C, le début du retrait peut être attribué partiellement à une
perte d’eau liée dans les parois cellulaires en présence d’eau libre mais également à la
présence d’un faible collapse. Cela a conduit au fait que la valeur de la teneur en humidité à
laquelle le retrait commence soit supérieure a celle obtenue à 25°C.
Des études ont montré que les rayons constituent un facteur important d’anisotropie
(Schniewind 1959; Boutelje 1962). Chez le hêtre, coexistent à la fois de petits et de gros
rayons ligneux. Cela semble provoquer dans ce bois un grand retrait et un grand
comportement anisotrope (Teissier du Cros et al. 1981; Almeida 2006). Ainsi, la grande
proportion des rayons dans cette espèce affecte ses propriétés dimensionnelles et en même
temps la teneur en humidité d’équilibre à laquelle le retrait débute. Une augmentation de la
température jusqu’à 50°C aurait apparemment provoqué un léger collapse dans les cellules
du parenchyme, ce qu’aurait occasionné que le retrait à 50°C ait débuté à une teneur en
humidité supérieure à celle obtenue à 25°C.
En général, le collapse a lieu au-dessus du point de saturation des fibres par action de l’eau
liquide, tandis que le retrait normal se produit seulement au-dessous du PSF par perte de
l’eau liée dans les parois cellulaires (Hart 1984). Certains auteurs ont rapporté la présence
d’un phénomène de collapse localisé dans les cellules de parenchyme au-dessus du PSF
(Demanet et Morlier 2000; Wu et al. 2005). Tiemann (1951) suggère que le collapse
provient d’un écrasement de cellules du à des forces de tension hydrostatique à l’intérieur
des lumens des cellules lesquelles sont remplis d’eau et sans perforation. À mesure que
cette eau est enlevée, les parois cellulaires sont poussées vers l’intérieur des lumens. L’eau
libre dans les lumens partiellement remplies ou dans les cellules suffisamment perforées,
89
est évaporée sans causer de collapse. D’ailleurs, Greenhill (1938) a trouvé pour
l’Eucalyptus regnans que des températures élevées et des teneurs en humidités élevées
provoquent de plus grands collapses. Hernández et Pontin (2006) en étudiant le retrait de
bois tropicaux au-dessus et en-dessous du PSF, ont rapporté un retrait prématuré dans le
bois de huayruro à des humidités relatives élevées. Les forces de tension capillaire à ce
niveau d’humidité relative pourraient être trop basses pour générer la perte d’eau liée dans
le bois. Cependant, elles pourraient être suffisantes pour engendrer un certain collapse dans
les parois cellulaires minces de parenchyme axial (Hart 1984).
La sensibilité du bois de hêtre au collapse a été déjà signalée (Keylwerth 1951). Ce
phénomène se caractérise par des déformations très importantes au séchage, qui ont lieu
lors du départ de l’eau des lumens des fibres, donc largement au-dessus du PSF. Le
collapse, bien connu sur chez les eucalyptus, pourrait chez certains hêtres expliquer
l’augmentation très sensible des déformations (Teissier du Cros et al. 1981). Keller et
Thiercelin (1975) ont constaté que les gros rayons du bois de hêtre ont une action
défavorable sur les retraits radial et tangentiel. De la même manière, McIntosh (1957)
étudiant l’effet de gros rayons sur les propriétés dimensionnelles du bois de hêtre et de
chêne rouge, a rapporté que les gros rayons possèdent un retrait tangentiel relativement
large. Tel que discuté plus haut, le bois de hêtre a également affiché un retrait plus grand à
50°C qu’à 25°C, pour une même teneur en humidité (figure 41). L’écart entre les valeurs de
retrait à ces deux températures peut donc être attribué au collapse. Ce collapse peut donc
être considéré comme étant léger et donc probablement limité aux tissus les plus faibles du
bois (en l’occurrence les rayons ligneux).
6.5. Relation entre la teneur en humidité d’équilibre et la compression tangentielle
Les figures 26, 27, 32 et 33 montrent la relation entre la teneur en humidité d’équilibre et le
coefficient de déformation s11 des bois étudiés à 25°C et 50°C. Ces figures présentent le
coefficient de déformation mesuré dans la partie médiane de l’échantillon (40 mm) et celui
90
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0 20 40 60 80 100 120Teneur en humidité d'équilibre Hé (%)
Coe
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e re
trait
βVH (%
)Retrait volumétrique à 25°C
Retrait volumétrique à 50°C
Figure 41. Coefficient de retrait volumétrique de bois de hêtre en fonction de sa teneur en
humidité d’équilibre à 25°C et 50°C.
estimé sur toute sa longueur (60 mm). Les erreurs des moyennes du coefficient de
déformation ainsi que des courbes à main levée y sont aussi montrées.
Tel qu’observé auparavant par Hernández (1993b), Hernández et Bizoň (1994), Almeida et
Hernández (2006a, 2006b) et Hernández et Pontin (2006), les courbes obtenues dans la
partie centrale et celles obtenues dans la totalité de l’échantillon montrent une distribution
hétérogène de la déformation à l’intérieur du barreau d’essai, cela pour les deux espèces et
pour les deux températures. Le coefficient de déformation s11 mesuré sur toute la longueur
a été plus élevé que celui mesuré sur la partie centrale de 34% pour le bouleau jaune et de
41% pour le hêtre à 25°C. Almeida et Hernández (2006a, 2006b) ont trouvé que cette
différence était en moyenne de 30% et 37% pour le bouleau et pour le hêtre respectivement,
91
à 25°C. Cette hétérogénéité a augmenté à 51% pour le bouleau jaune et à 55% pour le hêtre
à 50°C. Les écarts entre les déformations peuvent être expliqués partiellement par la
concentration des contraintes induites par les restrictions latérales à proximité des bouts de
l’échantillon, lesquels sont en contact avec la machine à essai (Bodig et Jayne 1982). Les
méthodes d’essais normalisées recommandent l’utilisation de la partie médiane de
l’échantillon pour la mesure de la déformation.
D’ailleurs, on peut distinguer aussi que la température a un effet sur le coefficient de
déformation s11. Ainsi, une élévation de la température augmente la déformabilité du bois
en direction tangentielle. En même temps, la différence entre les courbes obtenues dans la
partie centrale et dans la totalité de l’échantillon devient plus prononcée pour les deux
espèces. D’ailleurs, si l’on compare le coefficient de déformation du bois de bouleau jaune
et celui du hêtre, on constate que le hêtre est plus rigide que le bouleau jaune. Dans les bois
feuillus, il est évident que les rayons ont une influence sur l’anisotropie transversale
(Schniewind 1959; Beery et al. 1983; Burgert et al. 1999). Également, certaines études ont
démontré que les rayons et leur proportion sont en liaison directe avec la dureté et la
résistance en compression axiale et transversale (Myer 1922), et ils contribuent à augmenter
la charge maximale à la limite élastique, ainsi que le module d’élasticité radial (Kennedy
1968). Ainsi, sachant que la masse volumique du bouleau et de hêtre sont similaires, ce
résultat pourrait avoir été causé par la présence des gros rayons dans le bois de hêtre, tel
qu’il a été déjà mentionné antérieurement.
Finalement, la variabilité propre des coefficients de déformation n’a pas permis d’obtenir
des conclusions claires au sujet de la teneur en humidité au-dessous de laquelle les
caractéristiques de déformabilité du bois sont affectées par les changements
hygroscopiques. À 25°C, cette détermination était plus difficile à identifier. Cependant, à
50°C l’effet de la teneur en humidité d’équilibre sur la déformabilité du bois a été plus
évident, et cette valeur d’humidité a pu être déterminée. Ainsi, on a confirmé que la
déformabilité du bois commence à être affectée aux mêmes valeurs de teneur en humidité
d’équilibre que le retrait du bois, soit 35,4% (Hé) pour le bouleau jaune et 40,5% (Hé) pour
le hêtre.
Conclusion Ce travail de recherche avait pour objectif d’étudier l’effet de la teneur en humidité
d’équilibre sur les propriétés du bois de deux espèces feuillues tempérées, soit le bouleau
jaune (Betula alleghaniensis Britton) et le hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia
Ehrhart), aux températures de 25°C et 50°C. La région près du point de saturation des fibres
(PSF) a été particulièrement visée. Ainsi, la teneur en humidité d’équilibre, les coefficients
de retrait et le coefficient de déformation (s11) en compression tangentielle ont été
déterminés. La teneur en humidité d’équilibre en désorption a été obtenue à l’aide de deux
méthodes, soit celle des solutions salines saturées, soit celle de la membrane poreuse sous
pression. Cette désorption a été réalisée à partir de la saturation intégrale du bois, couvrant
différents niveaux d’humidité relative de l’air, ce qui a mené à une excellente continuité
entre les deux méthodes.
L’influence que l’hystérèse à saturation exerce sur les différentes propriétés du bois a pu
être déterminée dans nos résultats. Les courbes de désorption à des humidités relatives
élevées ont été différentes pour chaque espèce et pour chaque température étudiée. À ces
niveaux d’humidité, les valeurs d’équilibre sont davantage fonction de la structure poreuse
et de la structure anatomique du bois. Ainsi, les phénomènes liés à l’hystérèse à saturation
dans les essais physiques et mécaniques normalisés doivent être considérés lorsqu’il s’agit
du bois vert ou humide de façon à éviter une surestimation ou sous-estimation des
propriétés concernées. Par ailleurs, la teneur en humidité au point de saturation des fibres
de chaque espèce fut estimée à partir de la méthode du point d’intersection du retrait
volumétrique en fonction de la teneur en humidité d’équilibre. Cette valeur fut ainsi de
30,7% et 29,1% (H) pour le bouleau jaune et de 29,9% et 30,3% (H) pour le hêtre, à 25°C
et 50°C respectivement. Cependant dans le cas du hêtre à 50°C, la détermination du PSF
semble avoir été affectée par la présence d’un léger collapse dans le bois.
Les résultats montrent qu’à l’équilibre, les retraits radial et tangentiel, et en conséquence le
retrait volumétrique débutent au-dessus de la saturation des membranes suite à une perte
93
d’eau liée en présence d’eau liquide. Ainsi, à la désorption, la perte de l’eau hygroscopique
semble déjà apparente à environ 42,3% (Hé) à 25°C et 35,4% (Hé) à 50°C pour le bouleau
jaune et 36,3% (Hé) à 25°C pour le hêtre. Les résultats montrent donc que le bouleau retient
encore 11,6% (H) à 25°C et 6,3% (H) à 50°C sous forme liquide lorsque le retrait est tout
près de commencer. Cette valeur est estimée à 6,4% (H) à 25°C pour le hêtre. Il est ainsi
confirmé qu’en désorption, au début des changements des propriétés du bois, il existe de
l’eau liquide en surplus. Cette eau, qui n’intervient pas dans les changements de ces
propriétés, serait à ce moment localisée dans les tissus les moins perméables. Une
augmentation de la température augmenterait la perméabilité de ces tissus, facilitant ainsi la
désorption de l’eau liquide restante. Ainsi, la teneur en humidité d’équilibre marquant le
début des changements des propriétés du bois diminue avec une augmentation de la
température. Cette valeur se rapprocherait ainsi du PSF au fur et à mesure que la
température s’élève. Pour le cas du hêtre à 50°C, la teneur en humidité à laquelle le retrait
commence serait affectée également par la présence d’un collapse localisé dans le
parenchyme axial.
D’autre part, les résultats des essais mécaniques montrent que le coefficient de déformation
s11 est plus élevé à 50°C qu’à 25°C, à des teneurs en humidité égales. Cependant, les
résultats à 25°C n’ont pas permis déterminer la teneur en humidité au-dessous de laquelle
les caractéristiques de déformabilité sont affectées par les changements hygroscopiques. En
revanche, les essais à 50°C montrent que cette déformabilité commence à être affectée à
partir des mêmes valeurs de teneur en humidité d’équilibre que le retrait correspondant, soit
35,4% (Hé) pour le bouleau jaune et 40,5% (Hé) pour le hêtre.
Finalement, pour les deux espèces étudiées, l’équilibre hygroscopique en désorption fut
plus faible à 50°C qu’à 25°C, ce qui confirme l’influence de la température sur
l’hygroscopicité du bois. L’effet de la température sur le retrait mesuré s’est avéré nul pour
le bois de bouleau jaune. Par contre, il fut légèrement plus grand à 50°C qu’à 25°C pour le
bois de hêtre. Ce comportement a été associé à une plus grande vitesse de sorption à 50°C,
ce qui a mené à un léger collapse localisé dans les zones les plus faibles de ce bois.
Bibliographie Ahmet, K., G. Dai, R. Tomlin, P. Kaczmar et S. Riddiough. 2000. The equilibrium
moisture content of common U.K. species at three conditions of temperature and relative humidity. Forest Products Journal, 50(6):64-68.
Almeida, G. 2006. Influence de la structure du bois sur ses propriétés physico-mécaniques à
des teneurs en humidité élevées. Thèse de Ph.D., Département des sciences du bois et de la forêt, Université Laval, Québec. 216 pages.
Almeida, G. et R.E. Hernández. 2006a. Changes in physical properties of yellow birch below
and above the fiber saturation point. Wood and Fiber Science, 38(1):74-83. Almeida, G. et R.E. Hernández. 2006b. Changes in physical properties of tropical and
temperate hardwoods below and above the fiber saturation point. Wood Science and Technology, 40(7):599-613.
Almeida, G. et R.E. Hernández. 2006c. Influence of the pore structure of wood on moisture
desorption at high relative humidities. Wood Material Science and Engineering. (soumis).
Ant-Wuorinen, O. et A. Visapää 1960. The influence of relative humidity on the crystallinity
of cellulose. Papper och Trã, 10:515-517. Arévalo, R.L. 2002. Influence des composantes secondaires et de la structure anatomique sur
les propriétés physico-mécaniques du bois d’acajou (Swietenia macrophylla King). Thèse de Ph.D., Département des sciences du bois et de la forêt, Université Laval, Québec. 146 pages.
Barkas, W.W. 1949. The swelling of wood under stress. His Majesty’s Stationery Office,
London. 99 pages. Beery, W.H., G. Ifju et T.E. McLain. 1983. Quantitative wood anatomy – relating anatomy to
transverse tensile strength. Wood and Fiber Science, 15(4):395-407. Bizoň, M. 1995. Effet de l’humidité d’équilibre sur les propriétés physico-mécaniques du
bois dans la zone de saturation de membranes. Mémoire de M.Sc., Département des sciences du bois, Université Laval, Québec. 70 pages.
Bodig, J. et B.A. Jayne. 1982. Mechanics of wood and wood composites. Ed. Van Nostrand
Reinhold Company, New York. 712 pages. Boutelje, J.B. 1962. The relationship of structure to transverse anisotropy in wood with
reference to shrinkage and elasticity. Holzforschung, 16(2):33-46.
95
Burgert, I., A. Bernasconi et D. Eckstein. 1999. Evidence for the strength function of rays in living trees. Holz als Roh- und Werkstoff, 57(5):397-399.
Chahal, R.S. 1965. Effect of temperature and trapped air on matric suction. Soil Science,
100:262-266. Choong, E.T. et S.S. Achmadi. 1991. Effect of extractives on moisture sorption and
shrinkage in tropical woods. Wood and Fiber Science, 23(2):185-196. Christensen, G.N. et K.E. Kelsey. 1959. Die Geschwindigkeit der Wasserdampfsorption
durch Holz. Holz als Roh- und Werkstoff, 17:178-188. Cloutier, A. et Y. Fortin. 1991. Moisture content-water potential relationship of wood from
saturated to dry conditions. Wood Science and Technology, 25(4):263-280. Cloutier A., C. Tremblay et Y. Fortin. 1995. Effect of specimen structural orientation on the
moisture content – water potential relationship of wood. Wood Science and Technology, 29(5):235-242.
Cooper, G.A. 1974. The effect of black walnut extractives in sorption, shrinkage, and
swelling. Wood Science, 6(4):380-385. Defo, M., Y. Fortin et A. Cloutier. 1999. Moisture content-water potential relationship of
sugar maple and white spruce wood from green to dry conditions. Wood and Fiber Science, 31(1):62-70.
Demanet, A., et P. Morlier. 2000. Mécanismes du collapse du chêne séché sous vide en
vapeur d’eau surchauffée. Annals of Forest Science, 57(2):165-179. Djolani, B. 1970. Hystérèse et effets de second ordre de la sorption d’humidité dans le bois
aux températures de 5°, 21°, 35° et 50°C. Note de recherches N°8, Département d’exploitation et utilisation des bois, Université Laval, Québec. 58 pages.
Engelhardt, E. 1979. Untersuchungen über die wasserdampfsorption durch buchenholz im
temperaturbereich von 110° bis 170°. Holz als Roh-und Werkstoff, 37:99-112 (cité par Bizoň 1995).
Fortin, Y. 1979. Moisture content-water potential relationship and water flow properties of
wood at high moisture contents. Thèse de Ph.D., University of British Columbia, Vancouver. 187 pages.
Goulet, M. 1967. Phénomènes de second ordre de la sorption d’humidité dans le bois au
terme d’un conditionnement de trois mois à température normale. Premier partie: Hypothèse de travail et expériences préliminaires. Note de recherches N°2, Département d’exploitation et utilisation des bois, Université Laval, Québec. 30 pages.
96
Goulet, M. 1968. Phénomènes de second ordre de la sorption d’humidité dans le bois au terme d’un conditionnement de trois mois à température normale. Seconde partie: Essais du bois d’érable à sucre en compression radiale. Note de recherches N°3, Département d’exploitation et utilisation des bois, Université Laval, Québec. 29 pages.
Goulet, M. et Y. Fortin. 1975. Mesures du gonflement de l’érable à sucre au cours d’un cycle
de sorption d’humidité à 21°C. Note de recherches N°12, Département d’exploitation et utilisation des bois, Université Laval, Québec. 49 pages.
Goulet, M. et R.E. Hernández. 1991. Influence of moisture sorption on the strength of sugar
maple wood in tangential tension. Wood and Fiber Science, 23(2):197-206. Goulet, M. et G. Veer. 1975. Pressions d’affaissement à température ambiante des bois de
chêne, de bouleau et d’épinette. Note technique nº7, Département d’exploitation et utilisation des bois, Université Laval.
Greenhill, W.L. 1938. Collapse and its removal. C.S.I.R.O. Div. of Forest Prod. Tech. Pap.
N°24. (cité par Hart 1984). Greenspan, L. 1977. Humidity fixed points of binary saturated aqueous solutions. Journal of
Research of the National Bureau of Standards. Section A- Physics and Chemistry 81(1):89-96.
Griffin, D.M. 1977. Water potential and wood-decay fungi. Annual Review of
Phytopathology, 15:319-329. Hart, C.A. 1984. Relative humidity, EMC, and collapse shrinkage in wood. Forest Products
Journal, 34(11/12):45-54. Hernández, R.E. 1983. Relations entre l’état de sorption et la résistance du bois d’érable à
sucre en traction tangentielle. Thèse de M.Sc., Département d’exploitation et utilisation des bois, Université Laval, Québec. 77 pages.
Hernández, R.E. 1989. Influence des composantes secondaires et du contrefil sur les
propriétés physico-mécaniques de bois tropicaux. Thèse de Ph.D., Département des sciences du bois et de la forêt, Université Laval, Québec. 186 pages.
Hernández, R.E. 1993a. Influence of moisture sorption history on the swelling of sugar maple
wood and some tropical hardwoods. Wood Science and Technology, 27(5):337-345. Hernández, R.E.1993b. Influence of moisture sorption on the compressive properties of
hardwoods. Wood and Fiber Science, 25(1):103-111. Hernández, R.E. 2007a. Effects of extraneous substances, wood density and interlocked
grain on the fiber saturation point of hardwoods. (soumis).
97
Hernández, R.E. 2007b. Moisture sorption properties of hardwoods affected by their extraneous substances, wood density, and interlocked grain. Wood and Fiber Science, 39(1): 132-145.
Hernández, R.E. 2007c. Swelling properties of hardwoods as affected by their extraneous
substances, wood density, and interlocked grain. Wood and Fiber Science, 39(1):146-158.
Hernández, R.E. et M. Bizoň. 1994. Changes in shrinkage and tangential compression
strength of sugar maple below and above the fiber saturation point. Wood and Fiber Science, 26(3):360-369.
Hernández, R.E. et M. Pontin. 2006. Shrinkage of three tropical hardwoods below and above
the fiber saturation point. Wood and Fiber Science, 38(3):474-483. Higgins, N.C. 1957. The equilibrium moisture content-relative humidity relationship of
selected native and foreign woods. Forest Products Journal, 7(10):371-377. Jessome, A.P. 2000. Resistance et propriétés connexes des bois indigènes au Canada.
Publication SP-514F. Forintek Canada Corp. 37 pages. Keller, R et F. Thiercelin. 1975. Influence des gros rayons ligneux sur quelques propriétés du
bois de hêtre. Annales des Sciences Forestières, 32(2):113-129. Kelsey, K.E. 1956. The shrinkage intersection point - its significance and the method of its
determination. Forest Products Journal, 6:411-417. Kennedy, R.W. 1968. Wood in transverse compression. Influence of some anatomical
variables and density on behaviour. Forest Products Journal, 18(3):36-40. Keylwerth, R. 1951. Die Kammertrocknung von Schnittholz. Betriebsblatt 1. Holz als Roh-
und Werkstoff, 9 :289-292. (cité par Teissier du Cros et al., 1981). Kolin, B. et T. Stevanovic. 1996. The effect of temperature, density and chemical
composition upon the limit of hygroscopicity of wood. Holzforschung, 50:263-268. Laforest, P. et A. Plamondon 1976. Effet d’une pression hydrostatique élevée sur les
membranes du bois. Seconde partie : propriétés hygroscopiques et mécaniques du bois. Note de recherches N° 15, Département d’exploitation et utilisation des bois, Université Laval. Québec. 26 pages.
Malmquist, L. 1958. Sorption as deformation of space. Kylteknish Tidskrift, (4):49-57 (cité
par Djolani 1970). Malmquist, L. 1959. Die Wasserdampfsorption des Holzes vom Standpunkt einer neuen
Sorptionstheorie. Holz als Roh- und Werkstoff, 17(5):171-178 (cité par Djolani 1970).
98
McIntosh, D.C. 1957. Transverse shrinkage of red oak and beech. Forest Products Journal, 7(3):114-120.
Michaud, F. et G. Almeida. 2004. Macro-commande Microsoft Excel de détermination des
coefficients de complaisances et des contraintes à la limite proportionnelle des échantillons de bois. Département des sciences du bois et de la forêt, Université Laval.
Myer, J.E. 1930. The structure and strength of four North American woods as influenced
by range habitat, and position in the tree. Bulletin of the New York State College of forestry at Syracuse University. Technical Publication N° 31. (cité par Keller et Thiercelin, 1975).
Naderi, N. et R.E. Hernández. 1997. Effect of a re-wetting treatment on the dimensional
changes of sugar maple wood. Wood and Fiber Science, 29(4):340-344. Nearn, W.T. 1955. Effect of water soluble extractible on the volumetric shrinkage and
equilibrium moisture content of eleven tropical and domestic woods. Bulletin 598. Agricultural Experiment Station, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania.
Panshin, A.J. et C. de Zeeuw. 1980. Texbook of wood technology. 4th Ed. New York:
McGraw-Hill. 722 pages. Pontin, M. 2005. Propriétés physico-mécaniques de trois bois tropicaux au-dessous et au-
dessus de la saturation de membranes. Mémoire de M.Sc., Département des sciences du bois et de la forêt, Université Laval, Québec.106 pages.
Robertson, A.A. 1965. Investigation of the cellulose-water relationship by the pressure plate
method. Tappi, 48(1):68-573. Rockland, L.B. 1960. Saturated salt solutions for static control of relative humidity between
5° and 40°C. Analytical Chemistry, 32(10):1375-1376. Saha, R.S., R.P. Tripathi. 1981. Effect of temperature on the soil-water content-suction
relationship. Indian Society of Soil Science, 29(2):143-147. Schniewind, A. P. 1959. Transverse anisotropy of wood: a function of gross anatomic
structure. Forest Products Journal, 9(10):350-399. Siau, J.F. 1984. Transport processes in wood. Springer-Verlag, New York. 245 pages. Siau, J.F. 1995. Wood: Influence of moisture on physical properties. Virginia Polytechnic
Institute and State University, VA. 227 pages. Skaar, C. 1988. Wood-water relations. Springer-Verlag, New York. 283 pages.
99
Sliker, A. 1978. Strain as a function of stress, stress rate, and time at 90° to the grain in sugar pine. Wood Science, 10(4):208-219.
Spalt, H.A. 1957. The sorption of water vapour by domestic and tropical woods. Forest
Products Journal, 7(10):331-334. Stamm, A.J. 1964. Wood and cellulose science. Ronald Press, New York. 549 pages. Stamm, A.J. 1971. Review of nine methods for determining the fiber saturation points of
wood and wood products. Wood Science, 4(2):114-128. Stevens, W.C. 1963. The transverse shrinkage of wood. Forest Products Journal, 13(9):386-
389. Stone, J.E. et A.M. Scallan. 1967. The effect of the component removal upon the porous
structure of the cell wall of wood. II. Swelling in water and fiber saturation point. Tappi, 50(10):496-501.
Teesdale, C.H. et J.D. MacLean. 1918. Relative resistance of various hardwoods to
injection with creosote. U.S.D.A. Bulletin N°606. (cité par Wheeler, 1982). Teissier du Cros, E., F. Le Tacon, G. Nepveu, J. Pardé, R. Perrin et J. Timbal. 1981. Le
hêtre. Institut national de la recherche agronomique, Département des recherches forestières, Paris, 613 pages.
Tiemann, H.D. 1906. Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood. U.S.D.A.
Forest Service, Bulletin 70. 144 pages. Tiemann, H.D. 1951. Wood Technology. 3d. Edition. Pitman Publishing Corp., New York,
N.Y. Treloar, L.R.G. 1963. dans: J.W.S. Hearle et R.H. Peters : Fibre structure. Butterworth,
Manchester et Londres. Tremblay, C., A. Cloutier et Y. Fortin. 1996. Moisture content-water potential relationship
of red pine sapwood above the fiber saturation point and determination of the effective pore size distribution. Wood Science and Technology, 30(5):361-371.
Tsoumis, G. 1991. Science and Technology of Wood. Structure, Properties, Utilization. Van
Nostrand Reinhold. New York. Urquhart, A.R. 1960. Sorption isotherms, dans: J.W.S. Hearle et R.H. Peters, "Moisture in
textiles". Butterworth, Manchester et Londres, 1960. Urquhart, A.R. et A.M. Williams. 1924. Journal of the Textile Institute. 15:T 559 (cité par
Djolani 1970).
100
U.S.D.A., Forest Service. 1974. Wood handbook: Wood as an engineering material. USDA Agriculture Handbook 72.Rev. Washington, D.C. 431 pages.
Wangaard, F.F. et L.A. Granados. 1967. The effect of extractives on water-vapor sorption by
wood. Wood Science and Technology, 1(4):253-277. Weichert, L. 1963. Untersuchungen über das sorptions* und Quellungsverhalteln von Fichte,
Buche und Buchen*Preβvollholz bei temperaturen zwischen 20° und 100°C. Holz als Roh-und Werkstoff, 21(8):290-300 (cité par Djolani 1970).
Wheeler, E.A. 1982. Ultrastructural characteristics of red maple (Acer rubrum L.) wood.
Wood and Fiber, 14(1):43-53. Wu, Y.-Q., K. Hayashi, Y. Liu, Y. Cai, et M. Sugimori. 2005. Collapse-type shrinkage
characteristics in wood from plantation-grown Eucalyptus in China subjected to the continuous and intermittent drying regimens. Pages 326-333 in G. Lianbai, Z. Shouyue, and L. Tao, eds. Proc.9th International IUFRO Wood Drying Conference, August 21-26, 2005, Nanjing, China.
Zhang, J. et P.N. Peralta 1999. Moisture content-water potential characteristics curves for red
oak and loblolly pine. Wood and Fiber Science, 31(4):360-369.
