Le rôle surprenant de l'eau dans le séchage du bois

Publié par Redbran le 25/02/2021 à 13:00
Source: CNRS INSIS
L'étape cruciale du séchage du bois repose sur des mécanismes mal connus, où intervient de l'eau sous forme liquide dans les cavités, ou lumens, des cellules, mais aussi adsorbée dans ses parois. Des chercheurs et des chercheuses du laboratoire Navier, du synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute...) SOLEIL (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) et du Laboratoire de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) et génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les...) ont montré que l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) adsorbée servait de "pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours...)" pour que l'eau liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) puisse s'extraire des lumens du bois, lui permettant ainsi d'atteindre la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) et de s'y s'évaporer. Ces travaux pourraient aboutir aux premiers modèles physiques du séchage du bois.


Image par microtomographie aux rayons X de peuplier en cours de séchage. Les vaisseaux et fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) avec de l'eau libre apparaissent en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...), les vaisseaux et fibres sans eau libre en blanc-orange clair et les parois des cellules en orange foncé.
© Penvern et al.

Après la coupe des arbres, le bois dit "vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...)" est le plus souvent séché afin d'améliorer ses caractéristiques mécaniques, de le protéger des attaques biologiques et de limiter les variations dimensionnelles durant son utilisation. Bien que ce matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) soit utilisé depuis des millénaires, les mécanismes internes du séchage ne sont toujours pas bien compris. On sait cependant que, dans le bois "vert", l'eau existe sous deux formes différentes. L'eau libre est présente en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) liquide dans les fibres et les vaisseaux des arbres feuillus, mais les fibres sont des cavités trop hermétiques pour que l'eau puisse en être évacuée par capillarité (La capillarité est l'étude des interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et...). L'eau liée se retrouve quant à elle dans les parois des cellules, sous forme d'eau adsorbée au niveau des polymères.

Des chercheurs et des chercheuses du laboratoire Navier (CNRS/École des Ponts ParisTech/Université Gustave Eiffel), du synchrotron SOLEIL et du Laboratoire de mécanique et génie civil (LMGC, CNRS/Université de Montpellier) ont montré que l'eau liée permettait l'évacuation de l'eau libre, en l'aidant à atteindre la surface du bois où elle peut s'évaporer. Ces travaux sont parus dans Physical Review Applied.

Pour cela, les scientifiques ont multiplié les mesures et observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) pendant le séchage d'échantillons de bois, coupés selon la direction de l'axe vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en...) d'un arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en...), aussi bien par des pesées que par des analyses plus sophistiquées, comme la résonance magnétique nucléaire (La résonance magnétique nucléaire (RMN), aussi dénommée par son...) et la microtomographie aux rayons X. Cela leur a permis de distinguer l'eau libre et l'eau liée, et d'en connaître la répartition exacte. L'équipe a ainsi constaté que le bois séchait à vitesse (On distingue :) constante, qui correspond habituellement à des effets capillaires dominants. Or ce n'est pas possible compte tenu de la structure du bois. Bien qu'une bonne partie de l'eau libre soit enfermée dans des cavités, elle parvient en fait à se connecter à l'eau liée présente dans les parois du bois. Celle-ci sert alors de "pont" pour acheminer l'eau libre jusqu'à la surface. Au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure que cette eau disparaît, l'eau restante se répartit dans le bois et le processus d'évacuation se poursuit jusqu'à un séchage suffisant pour des applications techniques et industrielles.

Les auteurs étudient à présent le phénomène selon d'autres directions, car la structure du bois n'est pas isotrope. D'autres travaux sont aussi réalisés sur du bois de résineux, dont la structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) est différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...), pour discuter de manière plus générale des mécanismes de séchage. Cela devrait aboutir au développement de modèles physiques, et non pas seulement empiriques, du séchage du bois.

Ces recherches ont été financées par le Labex MMCD (ANR-11-LABX-022-01), le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) (Peps INSIS CNRS "Greenwood") et par la ligne ANATOMIX du synchrotron Soleil (Grant No. ANR-11-EQPX-0031) via un "proposal standard" (20180522).

Références
How Bound Water Regulates Wood Drying
H. Penvern, M. Zhou, B. Maillet, D. Courtier-Murias, M. Scheel, J. Perrin, T. Weitkamp, S. Bardet, S. Caré & P. Coussot.
Phys. Rev. Applied 14
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.14.054051

Pour en savoir plus:
- Découvrez le portrait de Philippe Coussot, médaille d'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du...) du CNRS 2015.

Contacts:
- Philippe Coussot - Chargé de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Gustave Eiffel (Alexandre Gustave Bonnickausen dit Eiffel (15 décembre 1832, Dijon - 27 décembre 1923, Paris),...), Laboratoire Navier (CNRS/École des Ponts ParisTech/Université Gustave Eiffel) - philippe.coussot at univ-eiffel.fr
- Sabine Caré - Directrice de recherche de l'Université Gustave Eiffel, Laboratoire Navier (CNRS/École des Ponts ParisTech/Université Gustave Eiffel) - sabine.care at univ-eiffel.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) INSIS insis.communication at cnrs.fr
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