Thèse soutenue

Développement du procédé de bi-oléothermie pour les bois de construction : mesure et modélisation des transferts de matière et de chaleur lors des opérations de friture-séchage et de refroidissement-imprégnation

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Auteur / Autrice : David Grenier
Direction : Didier Lecomte
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
Date : Soutenance en 2006
Etablissement(s) : Perpignan
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Le procédé de " bi-oléothermie " consiste à immerger du bois successivement dans un bain d'huile à haute température (110 à 180°C), puis dans un autre bain à moyenne température (20 à 80°C). Le procédé permet de réaliser successivement un séchage (phase dite de friture-séchage) et une imprégnation en huile (phase dite de refroidissement-imprégnation) afin de stabiliser et protéger le bois. Les travaux ont pour objectifs de mieux comprendre les mécanismes d'interactions entre les transports de chaleur et de matière et d'élaborer des règles générales de conduite du procédé pour son développement. Les transferts de chaleur, d'eau et d'huile ont été observés sur trois équipements à des échelles différentes (L 0,16 m, L 0,8 m, L 2,5m), avec des instrumentations en ligne (les flux de chaleur, vapeur, huile ; pression, température) sur de nombreux bois (hêtre, chêne, châtaignier, épicéa, douglas, pin) et des géométries variées (cylindres, parallélépipèdes, plaques). La phase de friture-séchage se décompose en deux étapes. Lors de la première étape, l'eau présente dans les couches périphériques du bois se vaporise à la pression atmosphérique. Dans la seconde étape, l'eau au cœur du bois, se vaporise à des niveaux de surpressions de l'ordre de 2×105 Pa. Des flux de matière intenses sont relevés ≈ 6×10-3 kg. M-2. S-1. Ces flux sont dix fois supérieurs à ceux observés lors d'un séchage convectif à l'air. Malgré ces surpressions au centre du bois, de l'huile pénètre dans le bois (par capillarité et au travers des fissures) et peut représenter au total 20% de la masse d'eau évacuée. Pendant la phase de refroidissement-imprégnation, l'huile pénètre dans le bois sous l'effet d'un gradient de pression qui s'inverse et qui conjugue un mouvement de convection aux forces capillaires favorables à la pénétration de l'huile. Cette pénétration est plus ou moins rapide avec l'essentiel de l'huile qui pénètre dans les premières minutes en fonction de l'imprégnabilité du bois. Un modèle de couplage des transferts de vapeur d'eau et d'huile en milieux poreux en 2D, résolu par la méthode des éléments finis, est développé pour fournir un outil de prédiction de la dynamique de séchage et d'imprégnation en huile. Lors de simulations numériques la phase de friture-séchage est bien représentée. Les courbes de séchages, la position du front, les niveaux de pression et de température, correspondent aux valeurs expérimentales. En revanche la phase de refroidissement-imprégnation est moins bien décrite. De nombreuses réalisations de démonstrations ont permis de tester le procédé sur les éléments destinés à la construction, et ce dans des conditions réelles d'exposition. La bi-oléothermie est une alternative possible au traitement par autoclave dans la mesure où l'essence n'est pas trop réfractaire à l'imprégnation, et le produit de traitement adapté à l'utilisation finale du bois.