Études de cas pratique

EGC

Mesure et Gestion de l’Humidité du Bois

Mesure et Gestion de l’Humidité du Bois

Mesure et Gestion de l’Humidité du Bois

Comprendre l'Humidité du Bois et son Importance

Le bois est un matériau hygroscopique, c'est-à-dire qu'il a la capacité d'absorber ou de relâcher de l'humidité en fonction des conditions ambiantes (température et humidité relative de l'air). La teneur en humidité du bois, exprimée en pourcentage de sa masse sèche, est une caractéristique cruciale qui influence ses propriétés physiques et mécaniques (dimensions, résistance, durabilité) ainsi que son comportement lors de la mise en œuvre et en service. Une mauvaise gestion de l'humidité peut entraîner des déformations (retrait, gonflement), des fissurations, le développement de champignons ou d'insectes, et une réduction de la durée de vie des ouvrages en bois.

Données de l'étude

Un essai est réalisé pour déterminer la teneur en humidité d'un échantillon de bois de charpente.

Données de l'essai (méthode par dessiccation à l'étuve) :

  • Masse initiale de l'échantillon de bois humide (\(M_h\)) : \(450.0 \, \text{g}\)
  • Masse de l'échantillon après séchage complet à l'étuve à \(103 \pm 2^\circ\text{C}\) jusqu'à masse constante (masse anhydre) (\(M_0\)) : \(385.0 \, \text{g}\)

Contexte d'utilisation :

  • Le bois est destiné à une utilisation en charpente intérieure (classe d'emploi 1), où l'humidité d'équilibre typique est d'environ \(12\%\).
  • Une pièce de ce bois a une longueur initiale de \(L_h = 3.000 \, \text{m}\) à l'humidité mesurée.
  • Coefficient de retrait longitudinal moyen pour cette essence de bois : \(0.00015\) par point de pourcentage de variation d'humidité en dessous du point de saturation des fibres (PSF \(\approx 30\%\)). Pour simplifier, on considérera ce coefficient constant pour la plage de variation d'humidité étudiée.
Schéma : Mesure de l'humidité du bois
Bois Humide M_h 1. Pesée Humide Séchage Étuve 103°C 2. Étuve Bois Sec (Anhydre) M_0 3. Pesée Sèche

Principales étapes de la détermination de la teneur en humidité du bois.

Questions à traiter

  1. Calculer la masse d'eau (\(M_{\text{eau}}\)) contenue dans l'échantillon de bois initial.
  2. Calculer la teneur en humidité massique (\(H\%\)) de l'échantillon de bois, exprimée en pourcentage par rapport à sa masse anhydre.
  3. Comparer l'humidité mesurée à l'humidité d'équilibre visée pour une charpente intérieure (\(12\%\)). Le bois est-il trop humide, trop sec, ou acceptable pour cette utilisation ?
  4. Calculer la variation d'humidité (\(\Delta H\%\)) que subira la pièce de bois si elle passe de son humidité actuelle à l'humidité d'équilibre de \(12\%\).
  5. Calculer la variation de longueur (\(\Delta L\)) de la pièce de bois de \(3.000 \, \text{m}\) due à cette variation d'humidité. Donner le résultat en millimètres. S'agira-t-il d'un retrait ou d'un gonflement ?
  6. Quelles sont les conséquences pratiques d'une mise en œuvre de bois avec une teneur en humidité inadaptée à son environnement de service final ?

Correction : Mesure et Gestion de l’Humidité du Bois

Question 1 : Masse d'eau (\(M_{\text{eau}}\)) contenue dans l'échantillon

Principe :

La masse d'eau contenue dans l'échantillon est la différence entre sa masse humide initiale et sa masse anhydre (sèche).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ M_{\text{eau}} = M_h - M_0 \]
Données spécifiques :
  • Masse humide (\(M_h\)) : \(450.0 \, \text{g}\)
  • Masse anhydre (\(M_0\)) : \(385.0 \, \text{g}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{eau}} &= 450.0 \, \text{g} - 385.0 \, \text{g} \\ &= 65.0 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La masse d'eau contenue dans l'échantillon de bois est de \(65.0 \, \text{g}\).

Question 2 : Teneur en humidité massique (\(H\%\)) de l'échantillon

Principe :

La teneur en humidité massique du bois est conventionnellement exprimée en pourcentage de la masse d'eau par rapport à la masse anhydre du bois.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ H\% = \frac{M_{\text{eau}}}{M_0} \times 100 = \frac{M_h - M_0}{M_0} \times 100 \]
Données spécifiques :
  • Masse d'eau (\(M_{\text{eau}}\)) : \(65.0 \, \text{g}\)
  • Masse anhydre (\(M_0\)) : \(385.0 \, \text{g}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} H\% &= \frac{65.0 \, \text{g}}{385.0 \, \text{g}} \times 100 \\ &\approx 0.16883 \times 100 \\ &\approx 16.88\% \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La teneur en humidité massique de l'échantillon de bois est d'environ \(16.88\%\).

Question 3 : Comparaison avec l'humidité d'équilibre visée

Principe :

Comparer l'humidité mesurée (\(16.88\%\)) avec l'humidité d'équilibre typique pour une charpente intérieure (\(12\%\)).

Comparaison :

Humidité mesurée : \(H\% \approx 16.88\%\)

Humidité d'équilibre visée : \(12\%\)

Puisque \(16.88\% > 12\%\), le bois est actuellement plus humide que l'humidité qu'il atteindra en service dans un environnement intérieur typique.

Résultat Question 3 : Le bois, avec une humidité de \(16.88\%\), est trop humide pour une utilisation en charpente intérieure visant une humidité d'équilibre de \(12\%\). Il devra sécher après sa mise en œuvre.

Quiz Intermédiaire 1 : Si un bois est mis en œuvre avec une humidité supérieure à son humidité d'équilibre en service, il aura tendance à :

Question 4 : Variation d'humidité (\(\Delta H\%\))

Principe :

La variation d'humidité est la différence entre l'humidité initiale (mesurée) et l'humidité finale (d'équilibre).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \Delta H\% = H\%_{\text{initiale}} - H\%_{\text{finale}} \]
Données spécifiques :
  • Humidité initiale (\(H\%_{\text{initiale}}\)) : \(16.88\%\)
  • Humidité finale (\(H\%_{\text{finale}}\)) : \(12\%\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \Delta H\% &= 16.88\% - 12\% \\ &= 4.88\% \end{aligned} \]

Le bois va perdre \(4.88\) points de pourcentage d'humidité.

Résultat Question 4 : La variation d'humidité que subira la pièce de bois est de \(\Delta H\% = 4.88\%\).

Question 5 : Variation de longueur (\(\Delta L\)) de la pièce de bois

Principe :

La variation de longueur due à la variation d'humidité est le produit de la longueur initiale, de la variation d'humidité (en points de pourcentage) et du coefficient de retrait/gonflement longitudinal.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \Delta L = L_h \times \text{Coefficient de retrait} \times \Delta H\% \]
Données spécifiques :
  • Longueur initiale (\(L_h\)) : \(3.000 \, \text{m}\)
  • Coefficient de retrait longitudinal : \(0.00015\) par % de \(\Delta H\)
  • Variation d'humidité (\(\Delta H\%\)) : \(4.88\%\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \Delta L &= 3.000 \, \text{m} \times 0.00015 \, \text{/%} \times 4.88 \% \\ &= 0.002196 \, \text{m} \end{aligned} \]

Conversion en millimètres : \(0.002196 \, \text{m} \times 1000 \, \text{mm/m} = 2.196 \, \text{mm}\).

Puisque l'humidité diminue (\(16.88\% \rightarrow 12\%\)), il s'agira d'un retrait.

Résultat Question 5 : La variation de longueur de la pièce de bois sera un retrait d'environ \(2.20 \, \text{mm}\).

Question 6 : Conséquences d'une humidité inadaptée

Explication :

La mise en œuvre de bois avec une teneur en humidité inadaptée à son environnement de service final peut entraîner de multiples problèmes :

  • Variations dimensionnelles :
    • Retrait : Si le bois est mis en œuvre trop humide et sèche ensuite, il se rétracte. Cela peut causer l'apparition de jeux dans les assemblages, le décollement de revêtements, la fissuration du bois lui-même ou des matériaux adjacents (ex: plâtre, enduits).
    • Gonflement : Si le bois est mis en œuvre trop sec et absorbe ensuite de l'humidité, il gonfle. Cela peut engendrer des contraintes importantes dans les assemblages, le soulèvement de parquets, le blocage de portes ou fenêtres.
  • Déformations : Le retrait ou le gonflement différentiel (selon les directions du bois et les variations d'humidité) peut provoquer des déformations telles que le gauchissement, le tuilage ou la courbure des pièces de bois.
  • Fissuration : Des variations rapides ou importantes d'humidité peuvent induire des contraintes internes suffisantes pour provoquer des fentes ou des gerces.
  • Problèmes de durabilité : Une humidité excessive et persistante (généralement > 20-22%) favorise le développement de champignons lignivores (pourriture) et l'attaque par certains insectes xylophages, réduisant considérablement la durée de vie du matériau et de l'ouvrage.
  • Problèmes d'adhérence et de finition : L'humidité du bois affecte l'adhérence des colles, des peintures, des vernis et autres produits de finition. Un bois trop humide peut empêcher une bonne polymérisation ou un bon séchage de ces produits.
  • Performances mécaniques : Bien que la résistance du bois augmente généralement lorsqu'il sèche en dessous du PSF, des variations importantes peuvent affecter la tenue des assemblages.

Il est donc crucial de s'assurer que le bois est mis en œuvre à une humidité aussi proche que possible de son humidité d'équilibre en service pour minimiser ces désordres.

Résultat Question 6 : Une humidité inadaptée entraîne des variations dimensionnelles (retrait/gonflement), des déformations, des risques de fissuration, des problèmes de durabilité (champignons, insectes) et des difficultés avec les finitions.

Quiz Intermédiaire 2 : Le Point de Saturation des Fibres (PSF) du bois correspond à l'humidité où :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La teneur en humidité du bois est généralement exprimée en pourcentage par rapport à :

2. Le retrait du bois se produit principalement lorsque son humidité :

3. Pour une utilisation en intérieur chauffé, l'humidité d'équilibre du bois est typiquement :

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 (\(M_0\))
Masse du bois après séchage complet à l'étuve jusqu'à ce que toute l'eau évaporable soit éliminée.
Hygroscopique
Propriété d'un matériau à absorber l'humidité de l'air ambiant.
Point de Saturation des Fibres (PSF)
Teneur en humidité du bois à laquelle les parois cellulaires sont saturées d'eau liée, mais où il n'y a pas encore d'eau libre dans les vides cellulaires (lumens). Pour la plupart des essences, le PSF se situe entre 25% et 30% d'humidité.
Retrait
Diminution des dimensions du bois lorsque son humidité descend en dessous du Point de Saturation des Fibres.
Gonflement
Augmentation des dimensions du bois lorsque son humidité augmente en dessous du Point de Saturation des Fibres.
Humidité d'Équilibre
Teneur en humidité que le bois atteint et maintient lorsqu'il est exposé à des conditions constantes de température et d'humidité relative de l'air.
Classe d'Emploi (du bois)
Classification définissant les conditions d'exposition à l'humidité auxquelles une pièce de bois sera soumise en service, et qui guide le choix de l'essence, du traitement et de l'humidité de mise en œuvre.
Mesure et Gestion de l’Humidité du Bois - Exercice d'Application

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