Hygroscopie du bois

k(m) ·(1 − exp−λ(m)·t)] (1.28) Par application de l’intégrale de Boltzmann, la fonction de fluage J(t) se met sous la forme : J(t) = ¹ k0 + ^t η(∞) + X^M m=1 1 k(m) ·(1 − exp−λ(m)·t) (1.29) Les essais expérimentaux de fluage permettent de déterminer la fonction J(t).

1.5 Hygroscopie du bois

La littérature montre que le matériau bois a la faculté de se contracter en présence ou non d’humidité. Lorsque le bois s’humidifie (humidification) ses dimensions augmentent et lors-qu’il perd de l’humidité (séchage) elles diminuent, c’est le phénomène de retrait-gonflement. Ce phénomène est à l’origine des variations dimensionnelles observées dans le temps sur une poutre en structure par exemple. Pour modéliser le comportement du bois, sous ambiance climatique variable (cas de notre étude), il est primordial de maitriser ce phénomène ; mais à cause de sa complexité structurelle, il est quasi impossible d’atteindre cet objectif. Néan-moins, il existe dans la littérature, des propriétés physiques et mathématiques qui permettent, un temps soit peu, de simuler ce comportement. Ce paragraphe présente ces principales pro-priétés liées au comportement hydrique du bois.

1.5.1 L’eau dans le bois

Le bois sur pied contient de l’eau sous trois différentes formes : une eau dite libre qui est présente dans les micropores des parois cellulaires et dans les lumens ; une eau dite vapeur qui est sous forme gazeuse dans les micropores et les lumens ; et une eau dite liée qui est absorbée par les groupes hydroxyles aux sites de sorption correspondant aux ponts d’hydrogènes assurant la liaison entre les groupes hydroxyles du bois [40].

Afin d’avoir une idée de la quantité d’eau présente dans le bois, ou l’échantillon de bois au moment de son étude, on utilise l’équation suivante :

H(%) = ^MH − M0

M₀ ×100 (1.30)

— H : est le taux d’humidité de l’échantillon de bois. — MH : la masse de l’éprouvette à l’humidité H.

— M0 : la masse anhydre de l’éprouvette (séchage à 105°C jusqu’à stabilisation de la masse). Par convention et suivant la norme NF :NB 51-004, la masse anhydre est obtenue grâce à un chauffage de l’échantillon à 105°C, jusqu’à stabilisation de la masse. Pour un bois vert (bois sur pied ou grume nouvellement abattue) le taux d’humidité atteint le plus souvent des valeurs supérieures à 100%. Pour la plus grande part cette eau est libre, elle assure le remplissage total ou partiel des vides que présente la structure microscopique du bois. Le point de saturation des fibres (P SF ) est la limite à partir de laquelle l’eau libre est entièrement évacuée et les parois cellulaires saturées d’eau liée [7]. En dessous du P SF , jusqu’à ce que la masse de l’échantillon soit stable l’eau liée s’évacue en fonction de l’humidité de l’air ambiant (humidité Relative HR), nous sommes alors dans le domaine hygroscopique du bois (Fig. 1.12). A l’état anhydre toute l’eau a quitté la paroi.

Figure 1.12 – Schématisation des trois états de l’eau dans le bois[7]

1.5.2 Le phénomène de sorption dans le bois

Le phénomène de sorption dans le bois comprend l’adsorption et la désorption.

L’adsorption se caractérise par la pénétration de l’eau dans un échantillon de bois, placé dans un milieu ambiant. La désorption est la perte d’eau par un échantillon de bois humide, en ambiance sèche. Le phénomène de sorption (adsorption-désorption) est souvent représenté par des courbes "d’hystérésis de sorption" ou "d’isotherme de sorption" (Fig. 1.13) à partir des valeurs du taux d’humidité de l’échantillon (H) en fonction des valeurs hygroscopiques du milieu (HR), pour une température donnée maintenue fixée.

L’hystérésis de sorpion (Fig. 1.13) montre qu’une augmentation de l’humidité ambiante augmente la teneur en eau contenue dans l’échantillon. Les essais réalisés dans notre étude se font en ambiance extérieure variable. Il est donc primordial de ne pas négliger l’influence

Figure 1.13 – Schématisation de l’hystérésis de sorption

des effets thermo-hydriques sur le comportement mécanique des poutres qui seront étudiées au chapitre 2.

1.5.3 Le retrait-gonflement

Nous avons montré précédemment, que pour des taux d’humidité inférieurs au P SF , au cours d’une perte en humidité (désorption) ou d’un gain en humidité (adsorption), un échantillon de bois subit des variations dimensionnelles qui sont respectivement un retrait ou un gonflement. Par contre, pour des échantillons de bois ayant des taux d’humidité supérieurs au P SF , il n’y a pas d’effet constaté dûs aux variations hydriques, sur les dimensions de l’échantillon. La Fig. 1.14 montre qu’il y’a une linéarité entre les variations dimensionnelles d’un échantillon de bois et son taux d’humidité interne en dessous du P SF .

Figure 1.14 – Illustration de la déformation volumique en fonction de la teneur en eau [7] La propriété du bois mise en évidence par ce comportement est l’anisotropie. Elle se traduit physiquement par la détermination des différents coefficients de retrait-gonflement

qui peuvent être : le coefficient de retrait volumique (αv), le coefficient de retrait radial (αR), le coefficient de retrait tangentiel (αT) ou le coefficient de retrait longitudinal (αL). Ces différents coefficients varient en fonction de l’espèce étudiée. Ils expriment les variations dimensionnelles relatives en % de l’échantillon testé pour une variation d’humidité de 1% et peuvent être définis par l’équation (Eq. 1.31) :

αi(%/%) = ^lis− l_i0

l_i0 ×100 (1.31)

Avec

— lis : représentant la dimension du bois dans la direction i à l’état saturé. — li0 : représentant la dimension du bois dans la direction i à l’état sec.

On admet pour un grand nombre d’espèces que αT > α_R  α_L pour un résineux on a systématiquement :

α_T ≈2αR≈0, 3%/% , et que αL≈0 (1.32) Afin d’appréhender l’impact des variations hydriques sur le comportement d’une éprou-vette de bois, il est souvent nécessaire d’avoir une idée de ces paramètres physiques. Dans la troisième partie de ce travail, nous prendrons en compte la part des effets hydriques sur le comportement mécanique du bois, en insérant un coefficient de retrait transversal.