Mesure et Gestion de l’Humidité du Bois
Contexte : L'humidité du boisRapport de la masse d'eau contenue dans le bois à la masse du bois anhydre (sec), exprimé en pourcentage. est un facteur critique dans la construction.
Une mauvaise gestion de l'humidité du bois peut entraîner de graves désordres structurels et sanitaires : développement de champignons, perte de résistance mécanique, variations dimensionnelles (retrait, gonflement) causant des déformations... Il est donc impératif pour tout professionnel du bâtiment de savoir mesurer et interpréter le taux d'humidité d'un lot de bois avant sa mise en œuvre. Cet exercice vous guidera à travers la méthode la plus fiable : la méthode gravimétrique.
Remarque Pédagogique : Cet exercice pratique a pour but de vous familiariser avec le calcul normalisé de l'humidité du bois et de comprendre l'importance de respecter les taux d'humidité requis pour différentes applications (charpente, menuiserie, etc.).
Objectifs Pédagogiques
- Maîtriser la formule de calcul du taux d'humidité du bois.
- Savoir interpréter un résultat et le comparer aux normes en vigueur (DTU).
- Comprendre les risques liés à un taux d'humidité non conforme.
Données de l'étude
Fiche Technique du Matériau
Caractéristique | Valeur |
---|---|
Essence de bois | Douglas (Pseudotsuga menziesii) |
Usage prévu | Solivage de plancher intérieur (local chauffé) |
Référence normative | DTU 31.1 / NF EN 14081-1 |
Principe de la mesure gravimétrique
Paramètre | Échantillon A | Échantillon B | Échantillon C | Unité |
---|---|---|---|---|
Masse Humide (Mh) | 52.5 | 56.0 | 54.2 | grammes (g) |
Masse Anhydre (Ms) | 45.0 | 46.5 | 47.0 | grammes (g) |
Questions à traiter
- Calculer le taux d'humidité (H%) de l'échantillon A.
- L'échantillon B est-il conforme pour l'usage prévu ? Justifiez votre réponse.
- Quelle masse d'eau (en grammes) faudrait-il retirer de l'échantillon C pour qu'il atteigne exactement un taux d'humidité de 15% ?
- Quels sont les deux principaux risques si l'on met en œuvre une charpente avec un bois dont l'humidité est de 25% ?
- Expliquez brièvement le principe de fonctionnement d'un humidimètre électrique à pointes et indiquez sa principale limite par rapport à la méthode gravimétrique.
Les bases sur l'Humidité du Bois
L'humidité du bois est l'un des paramètres les plus importants pour garantir sa durabilité et sa stabilité. Elle se calcule toujours par rapport à la masse de bois parfaitement sec.
1. Définition et Formule du Taux d'Humidité (H%)
Le taux d'humidité (ou titre massique) est le rapport entre la masse d'eau contenue dans le bois et la masse du bois anhydre (sec). La formule est :
\[ H (\%) = \frac{M_h - M_s}{M_s} \times 100 \]
Où :
- \(M_h\) est la masse du bois humide (à l'état initial).
- \(M_s\) est la masse du bois anhydre (après séchage complet).
2. Point de Saturation des Fibres (PSF)
Le PSF est un état théorique où les parois des cellules du bois sont saturées d'eau liée, mais où il n'y a pas d'eau libre dans les cavités cellulaires. Ce point se situe généralement autour de 30% d'humidité. C'est en dessous du PSF que le bois commence à se rétracter (retrait). Au-dessus, le bois est stable dimensionnellement mais vulnérable aux attaques fongiques.
Correction : Mesure et Gestion de l’Humidité du Bois
Question 1 : Calculer le taux d'humidité (H%) de l'échantillon A.
Principe
L'objectif est d'appliquer la formule fondamentale du taux d'humidité en utilisant les masses mesurées avant et après séchage pour déterminer la quantité d'eau présente dans l'échantillon par rapport à sa matière sèche.
Mini-Cours
La méthode gravimétrique est la méthode de référence pour déterminer l'humidité du bois. Elle consiste à peser un échantillon, à le sécher complètement dans une étuve à 103°C jusqu'à ce que sa masse ne varie plus (masse anhydre), puis à le peser de nouveau. La différence de masse correspond à la masse d'eau qui s'est évaporée.
Remarque Pédagogique
L'erreur la plus commune est de diviser par la masse humide (\(M_h\)) au lieu de la masse anhydre (\(M_s\)). Rappelez-vous toujours que l'humidité est une proportion de la matière sèche, qui est la seule référence stable.
Normes
La méthode d'essai par dessiccation (méthode gravimétrique) est normalisée par la norme européenne NF EN 13183-1. C'est la méthode de référence utilisée dans les laboratoires et en cas d'expertise.
Formule(s)
Formule du taux d'humidité
Hypothèses
Pour que le calcul soit valide, nous posons les hypothèses suivantes :
- L'échantillon prélevé est représentatif du lot de bois.
- La balance utilisée pour la pesée est précise et correctement calibrée.
- Le séchage à l'étuve a été mené jusqu'à l'obtention d'une masse constante, garantissant que toute l'eau a été évaporée (état anhydre).
Donnée(s)
Pour l'échantillon A :
Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
---|---|---|---|
Masse Humide | \(M_h\) | 52.5 | g |
Masse Anhydre | \(M_s\) | 45.0 | g |
Astuces
Pour une vérification rapide, la masse d'eau (7.5 g) est environ 1/6 de la masse sèche (45 g). Or, 1/6 équivaut à environ 16.7%, ce qui permet de valider rapidement l'ordre de grandeur du résultat avant même de poser le calcul final.
Schéma (Avant les calculs)
Processus de Mesure
Calcul(s)
Étape 1 : Calcul de la masse d'eau
Étape 2 : Calcul du taux d'humidité
Schéma (Après les calculs)
Jauge de Conformité
Réflexions
Le résultat de 16.7% est inférieur à la limite normative de 18% fixée pour un plancher en local chauffé. Cet échantillon est donc individuellement conforme aux exigences du DTU.
Points de vigilance
Assurez-vous que l'échantillon soit pesé immédiatement après sa sortie de l'étuve, une fois refroidi dans un dessiccateur. S'il est laissé à l'air libre, il réabsorbera l'humidité ambiante, ce qui faussera la mesure de la masse anhydre et sous-estimera le taux d'humidité réel.
Points à retenir
- La formule de l'humidité est : \( H = (\text{Masse Humide} - \text{Masse Sèche}) / \text{Masse Sèche} \).
- La méthode gravimétrique est la référence absolue pour sa précision.
- Le résultat est toujours un pourcentage de la masse de bois sec.
Le saviez-vous ?
Le bois est un matériau hygroscopique, ce qui signifie qu'il échange constamment de l'humidité avec l'air ambiant pour trouver un équilibre. C'est pourquoi un parquet peut gonfler en été (air humide) et se rétracter en hiver (air sec dû au chauffage).
FAQ
Il est normal d'avoir des questions. Voici une liste des interrogations les plus fréquentes pour cette étape.
Résultat Final
A vous de jouer
Si un autre échantillon pèse 60.0g humide et 50.0g sec, quel est son taux d'humidité ?
Question 2 : L'échantillon B est-il conforme pour l'usage prévu ? Justifiez.
Principe
Il faut d'abord calculer le taux d'humidité de l'échantillon B, puis comparer cette valeur à la limite réglementaire de 18% imposée par les normes pour l'usage spécifié (plancher intérieur).
Mini-Cours
La conformité d'un matériau de construction est son aptitude à respecter les exigences fixées par les normes et Documents Techniques Unifiés (DTU). Pour le bois de structure, l'humidité est un critère de conformité majeur qui dépend de la classe de service de l'ouvrage (NF EN 1995-1-1), qui définit l'environnement dans lequel le bois sera utilisé (intérieur chauffé, sous abri, extérieur).
Remarque Pédagogique
En pratique, si un seul des échantillons prélevés sur un lot est non-conforme, cela peut suffire à justifier le refus de l'ensemble du lot. La rigueur dans le contrôle à réception est une garantie essentielle pour la qualité et la durabilité de l'ouvrage.
Normes
Les taux d'humidité requis pour le bois de charpente sont spécifiés dans le DTU 31.1. Pour un plancher en local chauffé, correspondant à une Classe de Service 1, l'humidité du bois ne doit pas dépasser 18% au moment de sa mise en œuvre.
Formule(s)
Formule du taux d'humidité
Hypothèses
Les hypothèses sont les mêmes que pour la question 1 (échantillon représentatif, matériel de mesure précis).
Donnée(s)
Pour l'échantillon B et l'exigence normative :
Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
---|---|---|---|
Masse Humide | \(M_h\) | 56.0 | \(\text{g}\) |
Masse Anhydre | \(M_s\) | 46.5 | \(\text{g}\) |
Humidité Maximale Autorisée | \(H_{\text{max}}\) | 18 | \% |
Astuces
Avant de calculer, on peut faire une estimation rapide. La masse d'eau est de 9.5g pour une masse sèche de 46.5g. C'est proche de 10g pour 50g, soit 20%. Le résultat sera donc probablement au-dessus des 18% requis.
Schéma (Avant les calculs)
Vérification de Conformité
Calcul(s)
Calcul du taux d'humidité de l'échantillon B
Schéma (Après les calculs)
Résultat de la Vérification
Réflexions
Comparaison à la norme
Le taux d'humidité de cet échantillon est trop élevé. L'utilisation de ce bois en l'état présenterait un risque élevé de déformations lors de son séchage en service, et un risque d'apparition de moisissures. Ce lot doit être refusé ou mis en séchage complémentaire.
Points de vigilance
Ne jamais faire la moyenne des taux d'humidité de plusieurs échantillons pour valider un lot. Si un échantillon est non-conforme, il signale un problème potentiel dans le lot (séchage non homogène, etc.). Chaque mesure doit être considérée individuellement.
Points à retenir
- La conformité est la comparaison d'une valeur mesurée à une exigence normative.
- Le taux d'humidité requis dépend de la classe de service de l'ouvrage.
- Un bois de structure pour un usage intérieur (Classe de Service 1) ne doit généralement pas dépasser 18% d'humidité.
Le saviez-vous ?
Les anciens charpentiers laissaient parfois le bois "reposer" sur le chantier pendant des mois pour qu'il s'équilibre naturellement avec l'humidité locale avant de le tailler et de le mettre en œuvre. Cette pratique empirique permettait de limiter les déformations futures.
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Un bois pour bardage extérieur (\(H_{\text{max}}\) 22%) fait 125g humide et 100g sec. Est-il conforme ? (Son H est de 25%)
Question 3 : Quelle masse d'eau (en grammes) faudrait-il retirer de l'échantillon C pour qu'il atteigne 15% d'humidité ?
Principe
Cet exercice est un calcul "inverse". Connaissant la masse de matière sèche (qui est constante) et le taux d'humidité cible, nous devons d'abord déterminer la masse d'eau que l'échantillon devrait contenir à cet état. Ensuite, nous comparons cette masse d'eau cible à la masse d'eau actuelle pour trouver la différence.
Mini-Cours
La masse anhydre (\(M_s\)) est la base de tous les calculs d'humidité car c'est la seule valeur qui ne change pas, que le bois soit vert, humide ou sec. On peut donc l'utiliser comme pivot pour passer d'un état d'humidité à un autre. La masse totale d'un échantillon à un taux d'humidité H est donnée par : \(M_h = M_s \times (1 + H/100)\).
Remarque Pédagogique
Ce type de calcul est utile pour les professionnels du séchage du bois. Il leur permet d'estimer la quantité d'eau à extraire et donc le temps et l'énergie nécessaires pour amener un lot de bois à l'humidité désirée.
Normes
Il n'y a pas de norme spécifique pour ce calcul, il s'agit d'une application directe de la définition de l'humidité du bois (NF EN 13183-1).
Formule(s)
Formule de base de l'humidité
Formule dérivée de la masse d'eau
Hypothèses
Nous supposons que seul de l'eau est retiré durant le séchage, sans perte de matière ligneuse.
Donnée(s)
Pour l'échantillon C :
Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
---|---|---|---|
Masse Humide Actuelle | \(M_{h, \text{actuelle}}\) | 54.2 | \(\text{g}\) |
Masse Anhydre | \(M_s\) | 47.0 | \(\text{g}\) |
Humidité Cible | \(H_{\text{cible}}\) | 15 | \% |
Astuces
N/A pour cette question.
Schéma (Avant les calculs)
Objectif de Séchage
Calcul(s)
Étape 1 : Calcul de la masse d'eau actuelle
Étape 2 : Calcul de la masse d'eau cible pour 15%
Étape 3 : Calcul de la masse d'eau à retirer
Schéma (Après les calculs)
Comparaison des masses d'eau
Réflexions
Le calcul montre qu'une très faible quantité d'eau (0.15g) doit être retirée de cet échantillon. Cela indique que son taux d'humidité actuel est déjà très proche de la cible de 15%. (Le taux actuel est \( (7.2/47)*100 \approx 15.3\% \)).
Points de vigilance
Attention à bien distinguer la "masse d'eau" de la "masse humide". La masse d'eau à retirer est la différence entre les masses d'eau, et non la différence entre les masses humides.
Points à retenir
- La masse anhydre (\(M_s\)) est la base de calcul invariante.
- On peut calculer la masse d'eau pour n'importe quel taux d'humidité avec la formule \(M_{\text{eau}} = (H/100) \times M_s\).
Le saviez-vous ?
Les séchoirs industriels pour le bois sont des installations complexes qui contrôlent non seulement la température mais aussi l'humidité relative et la circulation de l'air pour sécher le bois de manière homogène et sans provoquer de défauts (fentes, fissures).
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Un échantillon a une masse sèche de 80g et une humidité de 20%. Combien de grammes d'eau contient-il ?
Question 4 : Quels sont les deux principaux risques si l'on met en œuvre une charpente avec un bois dont l'humidité est de 25% ?
Principe
Un taux d'humidité de 25% se situe au-dessus du seuil critique de durabilité (environ 20-22%) et dans la zone de variation dimensionnelle (en dessous du PSF). Il faut donc identifier les conséquences biologiques et physiques de cet état.
Mini-Cours
Le bois est durable tant que son humidité est maintenue en dessous d'environ 20%. Au-delà de ce seuil, les spores de champignons lignivores (présentes partout dans l'air) peuvent germer et se développer, entraînant la pourriture du bois. Par ailleurs, les variations dimensionnelles du bois (retrait/gonflement) ne se produisent que lorsque l'humidité varie en dessous du Point de Saturation des Fibres (PSF, ~30%).
Remarque Pédagogique
Ces deux risques (biologique et mécanique) sont les raisons fondamentales pour lesquelles la gestion de l'humidité est au cœur de la conception et de la construction en bois. Une bonne conception vise à maintenir le bois au sec tout au long de la vie de l'ouvrage.
Normes
Le DTU 31.1 et l'Eurocode 5 (NF EN 1995-1-1) imposent des taux d'humidité maximaux à la mise en œuvre précisément pour se prémunir contre ces risques. Un bois mis en oeuvre à 25% ne respecte pas les exigences pour une classe de service 1 ou 2.
Schéma des Risques
Échelle de Risques de l'Humidité du Bois
Réflexions et Identification des Risques
Avec un taux d'humidité de 25%, deux risques majeurs se présentent :
- Risque Biologique : À 25%, le bois est bien au-dessus du seuil de 22% d'humidité, créant un environnement idéal pour le développement de champignons lignivoresChampignons qui se nourrissent des composants du bois (cellulose, lignine), provoquant sa dégradation, comme la mérule.. Cela peut mener à la pourriture structurelle de la charpente, avec des conséquences potentiellement catastrophiques.
- Risque Mécanique par Retrait : En séchant pour atteindre son humidité d'équilibre (ex: 12-18%), le bois va subir un retraitDiminution des dimensions du bois lorsque son humidité passe en dessous du point de saturation des fibres (environ 30%). important car 25% est en dessous du PSF. Ce retrait cause des fentes, des déformations et surtout un desserrage des assemblages (boulons, connecteurs), ce qui affaiblit la structure et sa capacité à reprendre les charges.
Visualisation des Risques
Points de vigilance
Le risque est particulièrement élevé si le bois humide est enfermé dans un complexe non-respirant (pare-vapeur, etc.), car l'humidité restera piégée, garantissant le développement de pourriture.
Points à retenir
- Humidité > 22% : Danger de pourriture.
- Humidité < 30% (PSF) : Le bois bouge (retrait/gonflement).
Le saviez-vous ?
La mérule, l'un des champignons lignivores les plus redoutés, est capable de transporter l'eau dont elle a besoin sur plusieurs mètres à travers la maçonnerie grâce à ses rhizomorphes, lui permettant d'attaquer des bois initialement secs.
FAQ
Résultat Final
Question 5 : Expliquez le principe d'un humidimètre électrique et sa principale limite.
Principe
Il s'agit de décrire le fonctionnement de l'appareil de mesure le plus courant sur chantier et de comprendre pourquoi, malgré sa praticité, il n'est pas considéré comme une méthode de référence.
Mini-Cours
Il existe deux types d'humidimètres électriques : résistifs (à pointes) et capacitifs (à effleurement). Les plus courants sont les résistifs. Ils fonctionnent sur le principe que la conductivité électrique du bois augmente avec sa teneur en eau. L'appareil envoie un faible courant entre deux pointes métalliques que l'on enfonce dans le bois et mesure la résistance électrique. Un microprocesseur interne, grâce à des tables de calibration, convertit cette résistance en un pourcentage d'humidité.
Remarque Pédagogique
L'humidimètre électrique est un excellent outil de contrôle rapide et de diagnostic sur chantier, mais il ne remplace pas une mesure gravimétrique en cas de doute ou de litige. Il faut le voir comme un "thermomètre" pour le bois : pratique, mais moins précis qu'une analyse en laboratoire.
Normes
La norme NF EN 13183-2 encadre l'utilisation des humidimètres résistifs, en précisant les conditions de mesure et les corrections à apporter.
Formule(s)
Pas de formule pour cette question conceptuelle.
Hypothèses
L'appareil suppose que la mesure est faite à une température de référence (souvent 20°C) et sur une essence de bois de référence (souvent un résineux). Toute déviation nécessite une correction.
Donnée(s)
Cette question est de nature conceptuelle et ne requiert pas de données numériques d'entrée.
Astuces
Pour une meilleure mesure, enfoncez les pointes parallèlement au fil du bois. Faites plusieurs mesures à différents endroits d'une même pièce de bois pour avoir une idée de l'homogénéité du séchage.
Schéma (Avant les calculs)
Principe de l'Humidimètre Résistif
Calcul(s)
N/A
Schéma (Après les calculs)
Facteurs influençant la mesure électrique
Réflexions
Principe : L'humidimètre à pointes mesure la résistance électrique du bois. Comme l'eau est plus conductrice que le bois sec, une faible résistance indique une forte humidité, et inversement. L'appareil convertit cette résistance en % d'humidité.
Principale limite : Sa précision est relative car la mesure est influencée par des facteurs parasites :
- L'essence du bois : Chaque essence a une structure et une densité différentes, et donc une résistivité propre. Une mesure sur du chêne avec un appareil réglé pour du sapin sera fausse.
- La température : Un bois froid est plus résistant qu'un bois chaud à humidité égale. Il faut donc appliquer des tables de correction en fonction de la température.
Points de vigilance
Méfiez-vous des mesures sur un bois de surface humide (rosée, pluie) : l'humidimètre indiquera un taux très élevé qui ne représente que la surface et non le cœur du bois. Les pointes doivent être bien enfoncées pour une mesure pertinente.
Points à retenir
- Principe : Mesure de la résistance électrique.
- Limite : Sensible à l'essence du bois et à la température.
- Usage : Outil de contrôle rapide, non une méthode de référence.
Le saviez-vous ?
Les humidimètres capacitifs (à effleurement) n'ont pas de pointes. Ils génèrent un champ électromagnétique et mesurent sa perturbation par l'eau présente dans le bois. Ils permettent de sonder plus en profondeur sans abîmer le bois, mais sont aussi sensibles aux mêmes facteurs de correction.
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
N/A pour cette question.
Outil Interactif : Simulateur d'Humidité
Utilisez les curseurs pour faire varier la masse humide et la masse anhydre d'un échantillon de bois et observez en temps réel l'impact sur le taux d'humidité et la masse d'eau contenue.
Paramètres de l'Échantillon
Résultats Calculés
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Quelle est la définition correcte du taux d'humidité du bois ?
2. Le Point de Saturation des Fibres (PSF) se situe généralement autour de :
3. En dessous de quel seuil d'humidité le risque de développement de champignons lignivores devient-il négligeable ?
4. Un bois de menuiserie intérieure (ex: parquet) doit avoir un taux d'humidité proche de :
5. Laquelle de ces affirmations sur les humidimètres électriques est VRAIE ?
Glossaire
- Humidité du bois (H%)
- Rapport de la masse d'eau contenue dans le bois à la masse du bois anhydre (sec), exprimé en pourcentage.
- Masse Anhydre (Ms)
- Masse du bois après un séchage complet à l'étuve (à 103°C) jusqu'à masse constante. Elle représente la masse de la matière ligneuse seule.
- Point de Saturation des Fibres (PSF)
- Taux d'humidité (environ 30%) auquel les parois des cellules du bois sont saturées d'eau, mais les cavités cellulaires sont vides d'eau libre. C'est le seuil en dessous duquel le bois commence à se rétracter.
- Humidimètre à pointes
- Appareil qui mesure la résistance électrique entre deux électrodes plantées dans le bois pour en déduire le taux d'humidité.
- Champignons lignivores
- Champignons qui se nourrissent des composants du bois (cellulose, lignine), provoquant sa dégradation (pourriture).
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