Comment le bois régule sa propre imbibition d'eau

Publié par Adrien le 02/02/2020 à 08:00
Source: CNRS INSIS
L'imbibition du bois par capillarité peut s'avérer mille fois plus lente que ce que prévoit le modèle standard. Des chercheurs du Laboratoire Navier ont montré, à l'aide d'observation par IRM et microtomographie-X, que ce phénomène est lié à la teneur en eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) adsorbée dans les parois des vaisseaux du bois. Ces résultats sont publiés dans la revue Physical Review Research.


Montée capillaire de l'eau dans un bois de feuillus saturé en eau liée (a) et dans le même bois non saturé (b). On observe dans le second cas un angle de contact "apparent" qui reflète seulement la transition de mouillabilité entre une zone de paroi sèche et une zone de paroi humide.
© Laboratoire Navier.

Les mécanismes de transfert d'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) dans le bois sont à l'origine de ses propriétés hygroscopiques exceptionnelles, mais peuvent aussi être responsables de déformations ou d'altérations du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) lors de cycles d'imbibition-séchage. Or, ces mécanismes sont encore mal compris. Ainsi, des chercheurs du Laboratoire Navier (ENPC-Université Gustave Eiffel-CNRS) ont récemment montré que l'imbibition spontanée dans le bois de feuillus s'avère mille fois plus lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) que prévue par le modèle standard de l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon...) par capillarité (La capillarité est l'étude des interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et l'air ou entre un liquide et une surface. Elle est mise en œuvre lorsque les buvards aspirent l’encre, ou quand les éponges...).

À partir d'observations par IRM (Imagerie par Résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres....) Magnétique) et par microtomographie-X (réalisées au Synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) Soleil), ils ont montré que ce phénomène est lié à des variations de la mouillabilité de la paroi interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme d'études...) des vaisseaux dans lesquels circule l'eau (ligne Psiché). Plus précisément, les chercheurs ont observé une forte variation de l'angle de contact en fonction de la teneur en eau adsorbée dans les parois des vaisseaux. Lorsque l'humidité dans les parois (sous forme d'eau "liée") est faible, la mobilité de l'eau "libre" par capillarité est fortement ralentie. Pour les plantes, ce phénomène contribuerait à retenir l'eau au lieu de la laisser circuler rapidement à travers les vaisseaux, et donc à favoriser une adsorption (L'adsorption, à ne pas confondre avec l'absorption, est un phénomène de surface par lequel des molécules de gaz ou de liquides se fixent sur les surfaces solides des adsorbants selon divers processus plus ou moins...) d'eau lente mais complète.

Au-delà du bois, il s'agit d'un phénomène physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) général, qui a été reproduit dans des hydrogels (gels de polymères réticulés remplis d'eau) dans lesquels des vaisseaux ont été creusés pour mimer la structure du bois de feuillus. Ces résultats, qui améliorent la compréhension du transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) de l'eau dans les milieux poreux naturels, pourraient servir de base à la conception de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) bio-inspirés capables d'absorber un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) sur une durée contrôlée, avec des applications potentielles en pharmacie (La pharmacie (du grec φάρμακον/pharmakôn signifiant drogue, venin ou poison) est la science s'intéressant à la conception, au mode d'action, à la préparation et...) et cosmétiques. Les chercheurs veulent maintenant utiliser les mêmes méthodes d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) pour étudier le phénomène inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un...): le séchage du bois.

Ces recherches sont soutenues par le Labex MMCD.

Références

Magnetic resonance imaging evidences of the impact of water sorption on hardwood capillary imbibition dynamics,
M. Zhou, S. Caré, D. Courtier-Murias, P. Faure, S. Rodts, P. Coussot.
Wood Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de...) and Technology, 52, 929-955 (2018)
https://doi.org/10.1007/s00226-018-1017-y

Liquid uptake governed by water adsorption in hygroscopic plant-like materials,
M. Zhou, S. Caré, A. King, D. Courtier-Murias, S. Rodts, G. Gerber, P. Aimedieu, M. Bonnet, M. Bornert, P. Coussot.
Physical Review Research, 1, 033190 (2019)
https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.1.033190
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