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SÉCHAGE À HAUTE TEMPÉRATURE: PRINCIPES DE BASE, PROBLÉMATIQUES ET SOLUTIONS Yve

SÉCHAGE À HAUTE TEMPÉRATURE: PRINCIPES DE BASE, PROBLÉMATIQUES ET SOLUTIONS Yves Fortin chercheur associé CRMR Université Laval Ateliers-conférences sur le séchage du bois, C.I.F.Q, 23e éd. 27 et 28 avril 2017, Hôtel le Concorde, Québec C’EST QUOI LE SÉCHAGE HT? C’est un séchage à convection forcée à la pression atmosphérique à des températures sèches (Ts) au-dessus du point d’ébullition de l’eau. Si Th  100oC ( 212oF): mélange air-vapeur (cas général au Québec) Th  100oC (= 212oF): vapeur surchauffée 2 • Amérique du Nord: Ts(max) = 115oC (240oF) • Australie et Nouvelle-Zélande: Ts(max) = 140oC (285oF) (pin radiata) CLASSIFICATION DU SÉCHAGE EN FONCTION DE LA TEMPÉRATURE SÈCHE • Basse température (BT): Ts  50oC ( 122oF) • Moyenne température (MT): 50oC  Ts  82oC (122oF  Ts  180oF) • Température élevée (TE): 82oC  Ts  100oC (180oF  Ts  212oF) • Haute température (HT): Ts  100oC ( 212oF) 3 CÉDULE HT DU BOIS D’ŒUVRE AVEC ÉTAPE D’ÉGALISATION ET SANS ÉTAPE D’ÉQUILIBRAGE/CONDITIONNEMENT 4 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Température (oF) Temps (h) Température sèche (entrée) Température humide CÉDULE HT DU BOIS D’ŒUVRE AVEC PRÉ-ÉTUVAGE ET ÉTAPE D’ÉQUILIBRAGE/CONDITIONNEMENT 5 DURÉES TYPIQUES DU SÉCHAGE HT OU TE/HT AU QUÉBEC 6 • Épinette noire moyenne densité (densité basale 410 kg/m3): 40-48 h • Sapin baumier : 70-85 h ( 120 h MT) • Pin gris: 24-30 h 7 • Temps de séchage 2 à 3 fois plus rapide que le séchage à moyenne température. • La capacité d’absorption de l’air sec en vapeur d’eau beaucoup plus élevée qu’à MT (e.g. l’air humide à 212oF et 50% HR contient 5,5 fois plus de vapeur d’eau (kgv/kgas) que l’air humide à 160oF et 50% HR). • Meilleur contrôle du gauchissement par l’effet du lestage et de l’étuvage (plastification du bois par ramollissement de la lignine  fluage de la matrice par un glissement des fibres les unes contre les autres sous l’effet des contraintes). • Stabilisation de la résine (e.g. épinette blanche de plantation, pin rouge) et des gommes (e.g. mélèze). PRINCIPAUX AVANTAGES DU SÉCHAGE HT 8 PRINCIPAUX INCONVÉNIENTS DU SÉCHAGE HT • Possibilité de gradients d’humidité élevés en épaisseur en absence d’équilibrage. • Augmentation de la torsion pour les paquets supérieurs non lestés (e.g. 2x3). • Exige une plus grande puissance de chauffage pour les départs de cycle et l’humidification en fin de cycle. • Bois plus cassant au planeur si sur-séchage des surfaces. • Plus fort retrait en épaisseur. • Léger jaunissement du bois en profondeur. 9 PROBLÉMATIQUES DU SÉCHAGE HT ET SOLUTIONS POSSIBLES Le séchage HT est mal adapté à certaines espèces ou provenances. Par exemple, l’épinette noire très dense au-delà du 50e parallèle devient cassante comme de la vitre au planeur: Explication: la très faible perméabilité du bois d’épinette noire anormalement dense conduit à un sur- séchage de la surface du bois et à un fluage excessif, ce qui rend la surface des pièces très rigide, donc peu déformable au rabotage. Piste de solution: séchage à MT ou TE avec une dépression plus faible au thermomètre humide en début de cycle. 10 PROBLÉMATIQUES DU SÉCHAGE HT ET SOLUTIONS POSSIBLES L’épinette noire séchée à HT sort plus tordue que l’épinette séchée à moyenne température: Explication: l’épinette noire est un bois de faible perméabilité, ce qui provoque souvent un sur-séchage de la surface à HT, d’où des contraintes de séchage élevées. De plus, pour le 2x3 qui contient généralement du bois juvénile (fibre torse, retrait longitudinal élevé), une déformation additionnelle provient de la géométrie de la pièce. Piste de solution: Idéalement, un séchage HT devrait débuter par une phase d’étuvage autour de 212oF à très faible dépression afin de plastifier le bois. Un lestage minimal de l’empilement est alors requis pour empêcher la pièce de bois de se déformer extérieurement pendant le séchage, d’où une diminution de la torsion. 11 PROBLÉMATIQUES DU SÉCHAGE HT ET SOLUTIONS POSSIBLES Ma puissance de chauffage m’empêche d’utiliser la HT tôt dans la cédule: Explication: amener 200 000 pmp de 2x3 d’épinette noire (45% TH) à 205oF en 4 h en été exige 25-30% plus d’énergie (BTU) que pour l’amener à 160oF en 6 h. Par contre, ça prend 2 fois plus de puissance (BHP). Piste de solution: optimiser la gestion de la puissance de la chaudière en lien avec la nature des chargements et les départs de cycles et améliorer au besoin l’étanchéité des cellules. Le séchage hybride TE/HT demeure quand même une approche intéressante. 12 PROBLÉMATIQUES DU SÉCHAGE HT ET SOLUTIONS POSSIBLES Ma puissance de chauffage est limitée: quel procédé dois-je utiliser pour sécher le plus de bois possible (MT, TE ou HT)? Piste de solution: le séchage HT est beaucoup plus rapide que la MT ou TE mais en autant qu’on ait suffisamment de puissance de chauffage et d’humidification. Si je veux utiliser la pleine capacité de mes séchoirs sans trop de souci, la MT ou la TE peut être la solution. Ou je peux gérer mon parc de séchage pour optimiser l’utilisation de la puissance de la chaudière et réserver les séchoirs de plus faible capacité et les plus performants énergétiquement parlant à la HT. 13 QUELQUES EXEMPLES DES RECHERCHES EFFECTUÉES À L’UNIVERSITÉ LAVAL SUR LE SÉCHAGE HT DES BOIS À VALEUR AJOUTÉE AU COURS DES 20 DERNIÈRES ANNÉES • Épinette blanche de plantation 2x4 • Épinette noire 2x3 et 1x4 • Mélèze laricin de forêt naturelle 1x4 • Épinette blanche de forêt naturelle 2x4 • Épinette noire 2x2 • Sapin baumier 2x4 • Peuplier faux-tremble 2x4 • Peuplier hybride 5/4 x toutes largeurs • Simulation du séchage HT (DRYTEK) 14 ÉPINETTE NOIRE 2X3 • Ts max = 240oF; pré-étuvage = 4 et 10 h; équilibrage 24 h • THcible = 10% • Lestage = 25 et 200 lb/pi2 • Densité basale moyenne: 442 kg/m3 (Do = 495 kg/m3) CÉDULE D’ÉPINETTE NOIRE 2X3 AVEC PRÉ-ÉTUVAGE, MONTÉE BRUSQUE EN TEMPÉRATURE MAXIMALE ET ÉTAPES D’ÉQUILIBRAGE ET DE CONDITIONNEMENT 15 COURBES DE SÉCHAGE HT POUR LE 2X3 (ÉTUVAGE 10 H ET ÉQUILIBRAGE 24 H) 16 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Temps (h) Teneur en humidité (%) ECH 1 ECH 2 ECH 3 ECH 4 ECH 5 ECH 6 Moyenne 17 EFFET DU LESTAGE SUR LE GAUCHISSEMENT POUR LE SÉCHAGE HT DU 2X3 (APRÈS RABOTAGE) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Voilure Cambrure Torsion Voilure Cambrure Torsion Étuvage: 4 h Étuvage: 10 h Gauchissement moyen (mm) Lestage: 25 lb/pi² Lestage: 200 lb/pi² Déclassement moyen NLGA: 25 lb/pi2: 31% 200 lb/pi2: 8% 18 EFFET DU TEMPS D’ÉQUILIBRAGE SUR LES PROFILS D’HUMIDITÉ FINALE DU 2X3 SÉCHÉ À HT (TH CIBLE = 10%) 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 Teneur en humidité (%) Tranche 0 h 6 h 12 h 18 h 24 h 19 CÉDULE D’ÉPINETTE NOIRE 2X3 AVEC UNE MONTÉE GRADUELLE EN TEMPÉRATURE MAXIMALE AFIN DE DIMINUER LE FENDILLEMENT INTERNE Étapes Temps (h) TH (%) Ts (oF) Th (oF) THE (%) Préchauffage 4 210 207 16 Pré-étuvage 10 203 203 -- HT 1 35 220 203 8,0 HT 2 35-10 240 208 4,5 Refroidissement 2 195 Équilibrage 16 195 179 9 Conditionnement 4 195 188 13 Refroidissement 3 105 20 MÉLÈZE LARICIN 1X4 DE FORÊT NATURELLE • 3 cédules : HT, TE, MT • pré-étuvage = 6 h • équilibrage = 18 h • THcible = 7% • Lestage = 150 lb/pi2 21 CÉDULE DE SÉCHAGE HT POUR LE 1X4 DE MÉLÈZE LARICIN DE FORÊT NATURELLE Étapes Temps (h) TH (%) Ts (oF) Th (oF) THE (%) Préchauffage 4 203 199 15,7 Pré-étuvage 6 203 203 -- HT 1 20 220 203 7,4 HT 2 20-7 240 208 4,5 Refroidissement 2 195 Équilibrage 18 195 173 7,0 Conditionnement 4 195 184 11,0 Refroidissement 3 105 22 COURBES DE SÉCHAGE MOYENNES DU MÉLÈZE LARICIN 1X4 DE FORÊT NATURELLE 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Teneur en humidité (%) Temps (h) MT TE HT 23 DÉCLASSEMENT DES PLANCHES DE MÉLÈZE DÛ AU GAUCHISSEMENT Déclassement de C choisi à D choisi: HT: 8% TE: 12% MT: 28% 24 ÉPINETTE BLANCHE, SAPIN BAUMIER, PEUPLIER FAUX-TREMBLE 2X4 • 3 cédules par espèce (HT, TE/HT, MT/HT) • pré-étuvage = 6 h • équilibrage = 18 h • THcible = 8% • Lestage = 150 lb/pi2 25 COURBES DE SÉCHAGE POUR LA CÉDULE HT 26 COURBES DE SÉCHAGE POUR LE CŒUR NORMAL (HT) ET LE CŒUR HUMIDE (MT/HT) DU SAPIN BAUMIER ET DU PEUPLIER FAUX-TREMBLE 27 CONCLUSIONS • Le séchage HT est un procédé intéressant pour l’industrie du sciage résineux du Québec, et pour les bois de commodités et pour les bois à valeur ajoutée. • Le séchage uploads/s3/ a-sechage-a-haute-temperature-yves-fortin-yf 1 .pdf