Remond, Romain (2004) Approche déterministe du séchage des avivés de résineux de fortes épaisseurs pour proposer des conduites industrielles adaptées. PhD thesis Sciences forestières et du bois, ENGREF.

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Abstract

Les sécheurs connaissent des difficultés pour sécher les avivés d'épicéa de fortes épaisseurs avec les séchoirs industriels classiques. Notre étude a pour ambition d'améliorer les connaissances sur le séchage des avivés de résineux de fortes épaisseurs par une approche déterministe. Le code numérique TransPore, développé par Patrick Perré, de part sa capacité à simuler les transferts couplés de chaleur et de masse dans une planche de bois, est placé au cœur de notre approche. Notre démarche scientifique a nécessité la mise en place de deux outils :
- un dispositif expérimental a été mis en place pour obtenir des informations descriptives sur les transferts de masse s'effectuant dans la planche au cours de son séchage, et sur les contraintes mécaniques engendrées par le séchage. Ce dispositif mesure en continu l'épaisseur des avivés, les fentes de surface, et le champ de teneur en eau dans la planche par atténuation de rayons X ;
- une unité de calcul des contraintes de séchage a été développée et greffée à TransPore (version 1D) pour aborder l'aspect qualitatif du séchage. La formulation mécanique adoptée est monodimensionnelle, et elle prend en compte la courbure éventuelle de la planche pour, par exemple, simuler un séchage dissymétrique.
Les résultats expérimentaux ont ensuite été confrontés aux résultats théoriques pour confirmer et valider les résultats prédits par la simulation numérique. La comparaison s'est avérée souvent très probante, tant au niveau des transferts couplés de chaleur et de masse qu'au niveau de l'évaluation des contraintes de séchage.
Ce travail se termine par l'utilisation du code TransPore comme outil d'aide à la compréhension des mécanismes couplés qui rendent le séchage des fortes épaisseurs particulièrement difficile. Cet outil a montré également sa capacité à guider ses utilisateurs dans le développement de nouvelles conduites de séchage. Cette dernière application ouvre une voie prometteuse vers l'optimisation des tables de séchage.

Table of content

Introduction générale - 1
Chapitre I: Approches empirique et scientifique du séchage des avivés de bois - 7
Introduction - 9
1 La difficulté du séchage du bois et son approche empirique - 10
1.1 L'eau dans le bois - 10
1.2 La complexité du séchage - 11
1.2.1 Les défauts apparaissant au cours du séchage - 13
1.2.2 Influence de l'essence de bois - 15
1.2.3 Les hétérogénéités dans la pile - 16
1.2.4 L'épaisseur de la planche - 17
1.3 Approche empirique du séchage - 19
1.3.1 La conduite du séchage artificiel - 19
1.3.2 Utilisation des nouvelles technologies - 21
1.3.3 Le séchage d'avivés de fortes épaisseurs et ses alternatives - 23
2 Approches scientifiques du séchage des avivés - 24
2.1 Expérimentation et Instrumentation - 24
2.1.1 Mesure du champ de teneur en eau dans une planche de bois - 24
2.1.2 Évaluation des contraintes de séchage - 31
2.2 Théorie du séchage du bois - 34
2.2.1 Formulations physique et mécanique - 34
2.2.1. a Les transferts couplés de chaleur et de masse - 34
2.2.1. b Le comportement mécanique du bois - 35
2.2.2 Modélisation numérique du séchage - 41
2.2.2. a Le principe du calcul numérique - 42
2.2.2. b Simulation des transferts couplés - 42
2.2.2. c Simulation des contraintes de séchage - 43
2.2.2. d De la planche à la pile de planches - 44
Conclusion - 46
Chapitre II: Développement d'outils expérimentaux - 49
Introduction - 51
1 Mesure de profils d'humidité par atténuation de rayons X - 52
1.1 Le matériel expérimental - 52
1.1.1 Le séchoir du site ENGREF - 52
1.1.2 Le dispositif de rayonnement X - 54
1.2 La mesure du profil d'humidité dans la planche - 57
1.2.1 La méthodologie d'acquisition - 57
1.2.2 Le choix de la dureté et de l'intensité du rayonnement X - 60
1.2.3 Les perturbations de la mesure - 61
1.3 Quelques résultats - 64
1.3.1 Les conditions expérimentales et le matériel végétal des essais - 64
1.3.2 Résultats et discussion - 64
1.3.2. a Débit sur quartier - 64
1.3.2. b Débit sur dosse - 68
2 Approche instrumentale de la qualité du séchage - 71
2.1 Le séchoir du site ENSTIB - 71
2.2 Les mesures sur la planche - 72
2.3 Quelques résultats - 75
2.3.1 Les transferts dans la planche et le retrait - 75
2.3.2 La qualité du séchage - 76
Conclusion - 79
ANNEXE II.1. Quelques photos du montage - 81
ANNEXE II.2 . Organigramme du programme de traitement des données - 83
ANNEXE II.3. Méthode du Slicing test - 85
Chapitre III: L'outil numérique - 87
Introduction - 89
1 Mise en équations des phénomènes mécaniques en séchage du bois - 90
1.1 Hypothèses physiques - 90
1.1.1 Énumération des hypothèses physiques - 90
1.1.2 Quelques remarques sur les hypothèses adoptées - 93
1.2 Modèles de comportement du bois - 96
1.3 Équilibre mécanique - 99
2 Résolution par méthode numérique - 101
2.1 Discrétisation et résolution des équations de la mécanique - 101
2.1.1 Discrétisation spatiale - 101
2.1.2 Discrétisation temporelle - 103
2.1.3 Résolution du système linéaire - 109
2.2 Ajout du module mécanique au code TransPore - 110
3 Le code TransPore, outil d'aide à la compréhension - 113
3.1 Importance de l'effet différé du bois dans les contraintes de séchage - 113
3.2 Thermohygroactivation du fluage viscoélastique - 116
Conclusion - 119
Nomenclature - 120
ANNEXE III.1: Formulation des transferts couplés - 122
ANNEXE III.2: Paramètres physiques entrés dans le code - 128
Chapitre IV: Du modèle de connaissance à l'outil opérationnel - 129
Introduction - 131
1 Évaluation de paramètres de transfert par comparaison des résultats théoriques et expérimentaux - 132
1.1 Confrontation de la version actuelle de TransPore avec les résultats expérimentaux - 132
1.2 Évaluation d'une nouvelle expression de la perméabilité relative liquide - 134
1.3 Validation de cette nouvelle expression - 137
2 Confrontation des résultats simulés et mesurés pour deux épaisseurs usuelles - 139
2.1 Le matériel végétal et les conditions de séchage - 139
2.1.1 Le matériel végétal - 139
2.1.2 La conduite du séchage - 140
2.2 Confrontation des résultats expérimentaux et simulés - 141
2.2.1 Valeurs des paramètres physiques entrés dans le code - 141
2.2.2 Comportement du code TransPore vis-à-vis des transferts - 143
2.2.3 Comportement du code vis à vis de la mécanique - 148
Conclusion - 154
ANNEXE IV.1: La perméabilité relative - 156
ANNEXE IV.2: Débit des planches - 157
Chapitre V: Développement de tables de séchage adaptées aux fortes épaisseurs - 159
Introduction - 161
1 TransPore outil d'aide à la compréhension du séchage des avivés de fortes épaisseurs - 162
1.1 Du champ d'humidité aux contraintes internes pour 2 épaisseurs différentes - 162
1.2 Conséquences de l'arrêt du séchage à une humidité moyenne encore élevée - 167
2 TransPore outil de prédiction et d'aide à la décision - 171
2.1 Choix d'une table de séchage - 171
2.2 Développement de nouvelles conduites de séchage - 178
2.2.1 Améliorations de conduites existantes - 178
2.2.2 Séchage avec des conditions oscillantes - 180
Conclusion - 184
Conclusion générale - 185
Références bibliographiques - 191

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