Le séchage du bois (Episode 1)

Pourquoi sèche t'on le bois?

Comme tout un chacun, vous avez surement déjà dû constater certains phénomènes de bois qui gonfle ou qui se rétracte quand le taux d'hygrométrie et la température ambiante varient.

Ce qui est vrai avec une fenêtre qui ferme mal en hiver quand il fait froid et humide se vérifie également avec nos guitares en bois massif quel qu'en soit l'essence (le contre-plaqué est conçu pour contrer ce genre de variations dimensionnelles avec ces couches collées à 90° par rapport à la couche précédente).

Ce phénomène se constate particulièrement sur les instruments acoustiques, plus sensibles au variations d'hygrométrie. On constate quand on a une action relativement basse que l'action augmente quand l'atmosphère est humide et qu'elle baisse au point de friser quand l'hygrométrie est basse (Nous reviendrons sur ce phénomène un peu plus loin).

En général, c'est à ce moment qu'on entend des absurdités du genre: " Le bois est vivant ! ".

Non ! Je peux vous assurer qu'un bout de bois, sous forme de planche, de fenêtre ou de guitare est clairement mort, et ce, depuis un bon moment. 

Si le bois gonfle, se rétracte, subit des variations dimensionnelles et de forme, c'est parce que c'est un matériau hydroscopique, c'est à dire qu'il va capter une partie de l'humidité ambiante. Ce phénomène de déformations et de variations dimensionnelles découlant de ces variations d'humidité s'appelle la "Rétractibilité".

La prédictibilité des déformations en fonction du débit du bois et un séchage correctement mené une fois débité, va nous permettre de limiter ces déformations. 

1 - ANATOMIE DE L'ARBRE

Pour comprendre le comportement du bois en phase de séchage, il faut commencer par analyser succintement sa structure. Commençons par le début...

Le bois possède trois caractéristiques primordiales:

1.1 - Hétérogénéité du bois

Le bois est dit hétérogène car il est constitué d'éléments de nature et de formes variées: Les cellules.

1.2 - Anisotropie du bois

Voilà un mot un peu pompeux qui vous permettra de briller en soirée pour peu que vous réussissiez à le placer dans une conversation.

Le bois est anisotrope car il n'a pas le même comportement mécanique et physique dans ces trois dimensions (voir l'image ci-dessus) qui sont respectivement:

• Le plan transversal: C'est le plan perpendiculaire au tronc. Constitué de bois de bout, il laisse apparaitre les cernes de croissance annuelle. Chaque cerne est constituée d'une couche de matière ligneuse créée au printemps et d'une couche créée en été. Un cerne complet est constitué de ces deux couches.
• Le plan radial: C'est un plan longitudinal (oui, c'est ça, dans la longueur!) qui passe par le coeur du tronc et laisse apparaitre les rayons médullaires du bois à la manière d'une coupe sur quartier.
• Le plan tangentiel: C'est également un plan longitudinal. Il est parallèle au plan radial, tangeant aux cernes de croissance.

Si l'on distingue ces trois dimensions, c'est que les effets de retraits au séchage vont être très différents en fonction de la direction et de l'espèce du bois.

1.3 - Hygroscopicité du bois

Le bois est un matériau hygroscopique, ce qui veut dire qu'à la manière d'une éponge, il va capter ou perdre une partie de l'humidité de son environnement.

L'hygroscopie du bois va influencer sa densité, sa durabilité, ses dimensions, sa résistance mécanique, sa conductivité électrique, thermique et phonique et ce, qu'il soit transfomé ou pas.

2 - HUMIDITE DU BOIS

Vous l'aurez compris, les déformations que nous allons rencontrer au cours du séchage sont intimement liées à l'eau. Dans le bois, quelque soit sont essence, les types d'eau sont au nombre de trois:

• L'eau libre:  C'est l'eau contenue dans les vides cellulaires du bois. En cours de séchage, l'eau libre est la première à s'évaporer. Son évaporation ne présente aucune incidence néfaste sur le bois. Une fois cette l'eau libre totalement évaporée, on dit que le bois est au "point de saturation" des fibres. Pour la plupart des bois, le point de saturation se situe autour de 30% d'humidité. Pour certaines essences comme le chêne ou le palissandre, on sera plus près des 50% d'humidité. C’est la phase dite de « ressuyage ».
• L'eau liée ou d'imprégnation: C'est l'eau qui imprègne les membranes des cellules du bois. Elle commence à s'évaporer une fois l'eau libre évacuée et marque le début du retrait et des déformations.
• L'eau de constitution: C'est l'eau qui compose les cellules du bois. Elle ne disparait qu'en brulant le bois.

La mesure de l’humidité d’un bois est définie comme le rapport de la masse d’eau qu’il contient sur sa masse anhydre (0 % d’humidité). Elle s’exprime par la formule suivante:

Humidité (%) = ((Masse humide – Masse anhydre) / Masse anhydre) x 100 

2.1 - Equilibre hygroscopique du bois

En fonction de la température et surtout de l’humidité de l’air ambiant, le bois se stabilise à une humidité d’équilibre, dite équilibre hygroscopique. Cet équilibre est pratiquement indépendante de l’essence du bois.

Le tableau ci-dessous nous indique à quel taux d'humidité nous devons sécher notre bois en fonction de l'hygrométrie et de la température ambiante du milieu de destination de notre bois et ce afin de limiter les déformations de celui-ci.

     COURBE D'EQUILIBRE HYGROSCOPIQUE

Je vais essayer d'être un peu plus explicite.

Sous nos latitudes, à la période la plus sèche de l'année, les conditions atmosphériques sont de l’ordre de 20°C et 70% d’humidité relative de l’air (HR), ce qui correspond à un équilibre hygroscopique du bois d’environ 13%. Pendant la période la plus humide, les conditions atmosphériques sont de l’ordre de 0 à 5°C et 85% HR, ce qui correspond à un équilibre hygroscopique du bois de l’ordre de 19%.

Si on considère un ouvrage en bois destiné à une utilisation extérieure, celui-ci verra son humidité tendre vers 13% en été et vers 19% en hiver. Pour que le jeu du bois soit minimal, il faudra que son humidité se situe au milieu de la fourchette de variation, soit 15 à 16%.

De même, un bois situé à l’intérieur d’une maison chauffée verra son humidité varier selon les saisons. En été, les conditions de température et d’humidité relative de l’air sont voisines des conditions extérieures:

L’équilibre hygroscopique du bois est de l’ordre de 12 à 13%. En revanche, en hiver, la température est de 20°C et l’humidité relative de l’air est voisine de 30%:

L’humidité d’équilibre se situera autour de 7%. L’humidité moyenne des bois lors de la fabrication des ouvrages intérieurs (parquets, lambris, portes) doit donc être voisine de 10%.

Nous verrons un  peu plus loin le cas particulier des guitares acoustiques dont le séchage des bois devra plutôt se situer dans la tranche basse de l'humidité d'équilibre.

2.2 - Mesure de l'humidité du bois

On peut mesurer l'humidité d'un bois de deux manières:

• La pesée:  C'est une méthode normalisée que l'on utilise dans l'industrie du séchage de bois ou en laboratoire. Le principe est assez simple, on prélève un échantillon que l'on pèse immédiatement.
  Cette mesure nous donnera la masse humide.
  
  Puis on place l'échantillon dans une étuve où on laissera sécher celui-ci jusqu'à ce qu'il ne perde plus de poids. On pèse de nouveau l'échantillon.
  Cette mesure nous donnera la masse anhydre.
  
  Il ne reste plus qu'à appliquer la formule du chapitre précédent pour déterminer le taux d'humidité du bois:
  
  Humidité (%) = ((Masse humide – Masse anhydre) / Masse anhydre) x 100
  
  Le principe est simple, précis mais n'est pas à la portée de tout un chacun.
  
• La mesure électrique: Cette méthode s'appuie sur la même formule que pour la pesée.
  
  On utilise pour se faire, un humidimètre qui mesure la constante diélectrique du matériau via deux électrodes que l'on plante dans le bois et par lesquelles passe un courant faible. La constante diélectrique varie en fonction du taux d'humidité. Avec l'essence du bois et sa conductivité, l'humidimètre est en mesure de donner un résultat instantané.

3 - LE RETRAIT DU BOIS

Comme nous l'avons vu un peu plus haut, au cours du séchage, le bois passe par trois phases.

• Etat 1:  Le bois vient d'être coupé, les fibres du bois sont saturées d'eau libre et d'eau liée. La phase de ressuyage débute. Le bois pendant cette phase ne subit aucune déformation.
• Etat 2: L'eau libre s'est évaporer. La phase de ressuyage est terminé.  Le bois est au "point de saturation" des fibres (30% d'humidité). Aucun retrait à cette étape.
• Etat 3: L'eau liée s'évapore. La fibre rétrécit. La phase de retrait total débute et avec elle, le bois subit des déformations.

Comme nous l'avons dit précédemment, le retrait total est variable selon l'essence du bois et surtout selon la direction considérée.

Le retrait longitudinal ou axial total est le plus faible (dans le sens des fibres du bois) de l’ordre de 0,1 à 0,3%.

Le retrait radial total est plus important mais reste limité par la présence des rayons ligneux, il est de l’ordre de 5 % en moyenne.

Le retrait tangentiel total est le plus important car aucune cellule n’est orientée dans ce sens, il est de l’ordre de 10 % en moyenne.

Une fois celà dit, nous savons maintenant pourquoi les déformations varient suivant l'endroit où notre bois est prélevée dans la bille.

Dans une direction de bois donnée, on appelle le retrait total le rapport de la variation de dimensions entre le bois sec et le bois au point de saturation des fibres (PSF) sur la dimension du bois sec.

Les retraits sont proportionnels à la variation d’humidité. Le coefficient de retrait α est défini par la variation de dimensions due à une variation de 1 % d’humidité sur la dimension du bois sec.

3.1 - Déformation des sections transversales au séchage

En conséquence des différences de retraits suivant les directions radiale et tangeantiel, le bois se déforme irrégulièrement en séchant. Le retrait selon la direction radiale étant moins important que la direction tangeantielle, on dit que le bois «tire à cœur» en séchant.

Le phénomène est inverse quand le bois reprend de ’humidité.

Maintenant que les phénomènes de retrait sont un peu plus clair pour vous, nous pouvons en revenir à notre exemple d'action de guitare acoustique qui varie en fonction du taux d'humidité. Quand l'humidité relative augmente, la table gonfle pour retrouver son équilibre hygroscopique. Au niveau axial (la longueur de la table), les variations sont négligeables. Au niveau radial (largeur de la table) par contre, les variations dimensionnelles sont plus importantes. La table étant ceinturée d'un filet, à défaut de déborder des éclisses, la table va prendre de la voute, le chevalet va donc monter et occasionner une action plus grande. Une hygrométrie trop forte ne sera toutefois pas très dangereuse pour votre guitare.

Quand l'humidité baisse, toujours pas de soucis au niveau axial. Au niveau radial, la table va rétrécir. La voute de la table va pouvoir compenser (oui parcequ'une table de guitare acoustique, ça n'est pas plat) jusqu'à un certain point, la baisse d'hygrométrie. La voute baisse, le chevalet descend et c'est là qu'apparaissent les frises sur le manche. 

Si l'humidité baisse encore la table va fendre à force de tirer sur les éclisses.

Voilà un petit paragraphe qui peut paraître anodin mais qui vous apprend qu'une table à une voute et pourquoi elle en a une. Quel est l'utilité d'un binding sur une table ormis sont aspect esthétique. Et enfin qu'un humidificateur évite pas mal de soucis sur une guitare acoustique.

L'image ci-dessus est une représentation shématique des déformations dûes à la localisation des pièces de bois prélevées dans la bille.

Il faut toutefois prendre en compte l'hétérogénéité du bois car on peut trouver des caractéristiques totatement différentes d'un bout à l'autre d'un débit. Dans ces cas, on peut noter des gauchissements ou des phénomènes de cintrage au séchage. Ces déformations sont indépendantes du mode de séchage, elles sont dues aux variations anatomiques de la bille.

3.2 - Masse volumique et densité

La masse volumique a une très forte influence sur le séchage. Les bois à forte densité sont constitués de cellules aux parois épaisses et aux vides cellulaires de faible diamètre. Des parois épaisses contiennent plus d'eau liée, ce qui explique qu'un bois à forte densité aura une plus grande rétractabilité.

Pour conclure

Pour répondre à la question restée en suspend depuis le début de cet article, pourquoi on sèche t'on un bois?
On sèche un bois, d'abord pour assurer sa stabilité, les protéger des champignons et/ ou insectes, faciliter son usinage et ses finitions.

Nous en resterons là pour aujourd'hui. Dans le prochain épisode, nous aborderons les débits et le séchage naturel.
A très bientôt.