UNIVERSITE
HENRI POINCARE NANCY I
THESE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE Henri Poincaré, Nancy I
Discipline: Sciences du bois
présentée et soutenue publiquement
par
Rubén A. ANANIAS
Professeur Associé à l’Université du Bío-Bío, Concepción, Chili.
le 22 décembre 2000
Titre:
MODELISATION DU SECHAGE CONVECTIF BASSE TEMPERATURE ET OPTIMISATION DU SECHAGE DU HETRE VIS A VIS DES PROBLEMES DE DISCOLORATION
Membres du Jury
Président :
M. André ZOULALIAN Professeur, Université Henri Poincaré
Rapporteurs :
M. Stéphane QUIDEAU Professeur, Institut du Pin, Université Bordeaux 1
M. Bernard THIBAUT Directeur de Recherches CNRS, Université Montpellier 2
Examinateurs:
M. Jean Pierre HALUK Maître de Conférences à l’ENSAIA-INPL, Nancy
M. Eric MOUGEL Maître de Conférences, à l’ENSTIB, Epinal.
M. Walter KAUMAN Conseiller Scientifique
RESUME
Dans le cadre de l’optimisation du séchage du hêtre dans un séchoir convectif basse température, nous avons, dans une première partie, montré que la vitesse de séchage pouvait être exprimée de manière phénoménologique en fonction d’une force motrice égale à la différence entre l’humidité moyenne du bois et l’humidité du bois en équilibre avec l’air humide extérieur. Le coefficient de transfert global dépend de l’épaisseur des avivés, de la vitesse de l’humidité relative et de la température de l’air circulant au sein de la pile. L’expression proposée représente mieux la vitesse de séchage que le modèle proposé par Van Meel.
La deuxième partie examine la discoloration du bois de hêtre qui apparaît lors d’un séchage convectif. La discoloration est due à une oxydation des tanins condensés. Elle est favorisée par le maintien d’une température et d’une humidité du bois élevées. Le séchage par une phase gazeuse inerte et l’extraction des tanins avant séchage permettent de réduire, voir de limiter la discoloration. Dans la mesure où les conditions opératoires de séchage, optimales sur le plan mécanique, sont défavorables pour le phénomène de discoloration, la solution de ce phénomène ne peut être obtenue qu’en évitant la réaction d’oxydation par l’élimination de l’oxygène, soit en phase gazeuse, soit dans la phase aqueuse interne au bois à sécher.
MODELLING OF CONVECTIVE WOOD DRYING AT LOW TEMPERATURE AND OPTIMISATION PROCESSES OF KILN DRYING DISCOLORATION OF BEECH
ABSTRACT
The aim of this study is to optimise kiln drying of beech at low temperature. Our first purpose is to justify that the drying rate could be represented by a phenomenological model defining a driving force expressed as the difference between the average wood moisture content and the equilibrium wood moisture content. The results show that the mathematical relation proposed is valid by introducing a global mass transfer coefficient, noted K, and characterised by four operating parameters : wood thickness, air velocity, air temperature and air relative humidity. . The proposed expression represents better the drying rate than the Van Meel model.
We also attempt to examine the phenomenon of discoloration that can be observed during beech drying. The condensed tannins are the main precursors of this discoloration process. This kiln drying discoloration is intensified when the air temperature and the relative humidity are increased. Kiln drying in an inert atmosphere and the extraction of condensed tannins before drying limit beech discoloration. As far as the optimal operating drying conditions are unfavourable, the solution of this problem can only be reached by avoiding the oxidation reactions. The method suggested is to eliminate oxygen either in the gas phase or in the internal aqueous phase of wood.
MODELISATION DU SECHAGE CONVECTIF BASSE TEMPERATURE ET OPTIMISATION DU SECHAGE DU HETRE VIS A VIS DES PROBLEMES DE DISCOLORATION
UNIVERSITE HENRI POINCARE NANCY I
Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries du Bois (ENSTIB)
Laboratoire d’Etudes et de Recherches sur le Matériau Bois (LERMAB)
SOMMAIRE
Part A : 8
MODELISATION DE LA VITESSE DE SECHAGE DANS UN SECHOIR
A BOIS CONVECTIF BASSE TEMPERATURE
LISTE DE SYMBOLES 9
I INTRODUCTION 11
II LES DIFFERENTES ESTIMATIONS DE LA VITESSE
DE SECHAGE
11
III DESCRIPTION DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL ET DES CONDITIONS
OPERATOIRES DES ESSAIS DE SECHAGE
16
IV RESULTATS EXPERIMENTAUX ET DISCUSSION
19
V CONCLUSIONS 32
LITERATURE CITEE 33
ANNEXES 36
Annexe a.1.- Evaluation de l’humidité du bois à l’équilibre 37
Annexe a.2.- Evaluation des grandeurs physico-chimiques de l’air humide 38
Annexe a.3.- Géométrie et conditions opératoires des différents cycles
de séchage réalisés pour l’optimisation de la relation donnant le coefficient
de transfert global K 41
Part B : 42
DISCOLORATION AU COURS DU SECHAGE A BASSE TEMPERATURE
DU HETRE
I INTRODUCTION 43
II REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 44
2.1.- Généralités 44
2.2.- Origine de la discoloration du hêtre 45
2.3.- Les facteurs qui conditionnent la discoloration du hêtre 47
2.4.- Prévention et remèdes 50
DES MESURES REALISEES
3.2.- Description des mesures effectuées 59
3.2.1.- Mesure de l'humidité des échantillons 59
3.2.2.- Mesure de la discoloration 59
3.2.3.- Dosage spectrophotométrique des tanins condensés du hêtre 61
3.2.4.- Caractérisation chromatographique sur couches minces. 61
IV RESULTATS EXPERIMENTAUX ET DISCUSSION 62
4.1.- Etude des paramètres physiques
conditionnant le développement des
discolorations du hêtre au cours du
séchage
62
4.1.1.- Description des cycles de séchage réalisés 62
4.1.2.- Influence des conditions de séchage sur la discoloration 67
4.2.2.- Mise en évidence de l’implication des extractibles (tanins condensés) 78
4.2.3.- Mise en évidence de l’oxydabilité des tanins condensés. 83
4.2.4.- Le mécanisme à l'origine de la discoloration du hêtre au cours du séchage 90
V CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES 92
VI CONCLUSION GENERALE 93
LITERATURE CITEE 94
ANNEXES 97
Annexe b.1.- Les extractibles du hêtre Fagus sylvatica 98
Annexe b.2.- Mesure des coordonnées chromatiques. 100
Annexe b.3.- Détermination de
la teneur en tanins condensés
(Méthode Irmouli, 1998)
102
Annexe b.4.- Chromatographie sur couche mince.(Méthode CCM-DMACA) 104
Annexe b.5.- Cycles de séchage en atmosphère désoxygénée (série 3) 105
Annexe b.6.- Evolution de la luminance (série 4 , cycles 18 à 26) 106
Annexe b.7.- Evolution de la luminance (série 5, cycle 27 à cycle 38) 108