Effets de l’humidité sur le bois

Comprendre les effets de l’humidité sur le bois:

Un morceau de bois a une longueur initiale de 100 cm, une largeur de 20 cm et une épaisseur de 5 cm. Le taux d’humidité initial du bois est de 12%. Le bois est ensuite exposé à un environnement où le taux d’humidité est de 20%.

Pour comprendre le Gonflement volumétrique d’une poutre en bois, cliquez sur le lien.

Questions:

1. Calcul du Retrait ou Gonflement :

Recherchez le coefficient de gonflement ou de retrait linéaire du type de bois en question (par exemple, 0.0024% par % d’humidité pour un type de bois donné).
Calculez la variation de dimensions (longueur, largeur, épaisseur) du bois due à la modification du taux d’humidité.

2. Impact sur les Propriétés Mécaniques :

Étudiez comment la variation de l’humidité affecte les propriétés mécaniques telles que la résistance à la flexion, la dureté et la résistance à la traction. Utilisez des formules ou des tables standard pour quantifier ces changements.

3. Analyse de la Durabilité :

Discutez de l’effet de l’augmentation de l’humidité sur la durabilité et la susceptibilité du bois aux insectes et à la pourriture.

Correction : Effets de l’humidité sur le bois

1. Calcul du Gonflement Dimensionnel

L’augmentation de l’humidité dans le bois induit un gonflement linéaire. Pour estimer la variation de chaque dimension, on utilise le coefficient de gonflement linéaire, qui indique la variation relative (en %) par point de pourcentage d’humidité. Dans notre cas, on nous donne un coefficient de 0,0024% par % d’humidité.

Formule

Pour une dimension initiale \( D_i \), la variation \( \Delta D \) est calculée par :

\[ \Delta D = D_i \times \left(\text{coefficient} \times \Delta H\right) \]

où :

\( \Delta H = H_{\text{final}} – H_{\text{initial}} \)
Le coefficient doit être utilisé en valeur décimale : \(0,0024\%\) correspond à \(0,000024\).

Données

– Dimensions initiales :

Longueur \( L_i = 100 \) cm
Largeur \( l_i = 20 \) cm
Épaisseur \( e_i = 5 \) cm

– Humidité :

Humidité initiale \( H_i = 12\% \)
Humidité finale \( H_f = 20\% \)
Variation d’humidité \( \Delta H = 20\% – 12\% = 8\% \)

– Coefficient de gonflement linéaire : \( 0,0024\% \) par point de pourcentage d’humidité (soit \( 0,000024 \) en décimal)

Calculs

1. Longueur :

\[ \Delta L = 100 \times (0,000024 \times 8) \] \[ \Delta L = 100 \times 0,000192 \] \[ \Delta L = 0,0192\ \text{cm} \]

Nouvelle longueur :

\[ L_f = 100 + 0,0192 \] \[ L_f = 100,0192\ \text{cm} \]

2. Largeur :

\[ \Delta l = 20 \times (0,000024 \times 8) \] \[ \Delta l = 20 \times 0,000192 \] \[ \Delta l = 0,00384\ \text{cm} \]

Nouvelle largeur :

\[ l_f = 20 + 0,00384 \] \[ l_f = 20,00384\ \text{cm} \]

3. Épaisseur :

\[ \Delta e = 5 \times (0,000024 \times 8) \] \[ \Delta e = 5 \times 0,000192 \] \[ \Delta e = 0,00096\ \text{cm} \]

Nouvelle épaisseur :

\[ e_f = 5 + 0,00096 \] \[ e_f = 5,00096\ \text{cm} \]

2. Impact sur les Propriétés Mécaniques

L’augmentation de l’humidité modifie la structure cellulaire du bois, ce qui peut entraîner :

Une réduction de la résistance à la flexion,
Une baisse de la dureté,
Une diminution de la résistance à la traction.

Ces effets s’expliquent par le fait que le bois plus humide devient moins rigide et plus susceptible aux déformations.

Approche Quantitative

On peut utiliser une relation empirique du type :

\[ R_f = R_i \times \left(1 – k \times \Delta H\right) \]

où :

\( R_i \) est la propriété mécanique (par exemple, résistance à la flexion) à 12% d’humidité,
\( k \) est un coefficient empirique indiquant la perte de performance par point d’humidité supplémentaire.

Exemple hypothétique :

Si l’on suppose \( k = 0,01 \) (soit 1% de perte par point d’humidité), alors pour \( \Delta H = 8\% \) la réduction serait :

\[ R_f = R_i \times (1 – 0,01 \times 8) \] \[ R_f = R_i \times (1 – 0,08) \] \[ R_f = R_i \times 0,92 \]

Ce qui correspond à une diminution d’environ 8% de la résistance.

Remarque : Les valeurs de \( k \) varient selon le type de bois et nécessitent des données expérimentales ou des tables standard pour une précision accrue.

3. Analyse de la Durabilité

L’augmentation de l’humidité peut affecter la durabilité du bois de plusieurs manières :

Susceptibilité aux insectes et aux champignons : Un taux d’humidité plus élevé favorise le développement des agents de dégradation (champignons, moisissures, insectes xylophages).
Pourriture : Le bois plus humide est plus exposé au risque de pourriture, surtout s’il n’est pas traité ou protégé contre l’humidité.

Conséquences Pratiques

Le bois exposé à un taux d’humidité de 20% aura une durabilité réduite par rapport à celui à 12%.
Il est donc recommandé de :
- Utiliser des traitements de protection pour limiter l’absorption de l’humidité.
- Choisir des essences de bois plus stables en fonction de l’environnement d’utilisation.
- Réaliser un entretien régulier afin de prévenir les dégradations dues à l’humidité.

Conclusion

En résumé, pour ce morceau de bois :

Dimensionnement :
La nouvelle longueur est de 100,0192 cm, la largeur de 20,00384 cm et l’épaisseur de 5,00096 cm. Ces variations, bien que très faibles, illustrent le gonflement dû à une augmentation de l’humidité de 12% à 20%.
Propriétés Mécaniques :
L’augmentation de l’humidité peut entraîner une baisse d’environ 8% (selon l’hypothèse \( k = 0,01 \)) des propriétés mécaniques telles que la résistance à la flexion, la dureté et la résistance à la traction.
Durabilité :
Un taux d’humidité plus élevé accroît la vulnérabilité du bois face aux attaques biologiques et à la pourriture, d’où l’importance des traitements préventifs dans un environnement humide.