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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/311103299 Modélisation des isothermes de sorption, caractérisation des propriétés thermodynamiques et détermination des humidités d'équilibre d'usage des bois tropicaux Article · March 2016 CITATIONS 6 READS 1,853 5 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Gasification of biomass and refused solid fuels View project Modelling of fire in Wood structures View project Merlin Simo Tagne Nancy-Metz Academy 41 PUBLICATIONS 234 CITATIONS SEE PROFILE Yann Rogaume University of Lorraine 99 PUBLICATIONS 1,053 CITATIONS SEE PROFILE Romain Rémond University of Lorraine 43 PUBLICATIONS 613 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Merlin Simo Tagne on 29 November 2016. The user has requested enhancement of the downloaded file. Revue des Energies Renouvelables Vol. 19 N°1 (2016) 79 – 96 79 Modélisation des isothermes de sorption, caractérisation des propriétés thermodynamiques et détermination des humidités d’équilibre d’usage des bois tropicaux M. Simo-Tagne 1*, A. Zoulalian 2 Y. Rogaume 3, R. Rémond 3 et B. Bonoma 4 1 LERMaB, ENSTIB, Post Doctoral position, University of Lorraine 27 rue Philippe Séguin, P.O. Box 1041, 88051 Epinal, France 2 LERMaB, Faculty of Sciences and Technologies, University of Lorraine Aiguillettes Campus- PO. Box 70239, 54506 Vandoeuvre les Nancy Cedex, Nancy, France 3 LERMaB, ENSTIB, University of Lorraine 27 rue Philippe Séguin, P.O. Box 1041, 88051 Epinal, France 4 Higher Teacher Training College, Laboratory of Applied Physics P.O. Box 47, Yaoundé, Cameroon (reçu le 10 Janvier 2016 – accepté le 29 Mars) Résumé - Les bois tropicaux sont largement produits dans le bassin du Congo et en Amazonie et leurs exportations sont source de beaucoup d’argent. Il est important de réduire les pertes suite à une utilisation d’un bon processus de séchage lié aux conditions de l’environnement (température et humidité relative de l’air). Dans ce travail, nous modélisons les isothermes de sorption de six bois tropicaux (Sapele, Afzelia, Obeche, Ebony, Frake et Moabi) en utilisant onze modèles, les points expérimentaux sont prix dans la littérature avec la température de l’air comprise entre 15 et 60°C et l’humidité relative de l’air comprise entre 0.02 et 0.98 %. Selon les valeurs moyennes des erreurs obtenues, les modèles de GAB, Luikov modifié et de Nelson sont les meilleurs modèles recommandés pour traduire les isothermes de sorption des bois tropicaux. Les mauvais modèles sont les modèles d’Halsey modifié, Smith modifié, GAB modifié et le modèle d’Iglesias, Chirife et Halsey. Les modèles qui donnent une description assez satisfaisante sont ceux de Henderson modifié, Oswin modifié et Chung et Pfost modifié. Le modèle de BET est approprié pour estimer la teneur en eau d’équilibre lorsque la monocouche est saturée. Les valeurs des énergies d’activation obtenues sont rangées entre 8420 et 13911 J/mol lors de la désorption et entre 3266 et 6499 J/mol lors de l’adsorption. Les points de saturation des fibres (PSF) et les énergies libres de Gibbs par gramme d’eau adsorbée obtenus décroisent lorsqu’augmente la température à une humidité relative de l’air donnée. Les PSF obtenus sont confinés entre 0.16 et 0.33 kg/kg. Les valeurs moyennes des énergies libres de Gibbs par gramme d’eau absorbée varient de 149 à 206 cal/g. la différence des enthalpies molaires de sorption entre les monocouches et les multicouches au-delà de la saturation de la monocouche est en général supérieure de la différence entre les enthalpies molaires de sorption des multicouches au-delà de la saturation de la monocouche et l’eau à l’état liquide. La teneur en eau d’équilibre au niveau de la saturation de la monocouche est située entre 0.025 et 0.08 kg/kg. A de faibles teneurs en eau, la chaleur isostérique de sorption des bois étudiés est importante et décroît avec une convergence vers 1760 kJ/kg à 40°C lorsqu’augmente la teneur en eau d’équilibre. La température influence la chaleur isostérique de sorption des bois tropicaux étudiés. Les humidités des planches recherchées durant leur séchage sont fonction du milieu d’utilisation (ville, intérieur, extérieur, intérieur conditionné). Ces valeurs sont présentées dans la dernière partie de ce papier. Abstract - Tropical woods are widely produced in basin of Congo and Amazonian zones and its exportation gives most money. It is important to reduce the losses with using good * simotagne2002@yahoo.fr M. Simo-Tagne et al. 80 drying in function of environment conditions (air temperature and air relative humidity). In this work, we were modeling sorption isotherms of six tropical woods (Sapele, Afzelia, Obeche, Ebony, Frake and Moabi) using eleven models and experimental data coming from literature with the drying temperature and drying relative humidity ranged from 15°C to 60°C and from 0.02 to 0.98 % respectively. According to the means average error, the best sorption isotherms models are GAB model, Modified Luikov model, and Nelson model, the bad models are Modified Halsey model, Modified Smith model, Iglesias, Chirife and Halsey model and Modified GAB model. The models which can give good descriptions are Modified Henderson model, Modified Oswin model and Modified Chung and Pfost model. BET’s model is appropriate to estimate equilibrium water content in the saturation of monolayer. The values of activation energy obtained ranged from 8420 J/mol to 13911 J/mol for desorption and from 3266 J/mol to 6499 J/mol for adsorption. Fiber saturation points (FSP) and Gibbs free energy per gram of sorbed water decrease when increase temperatures at constant relative humidity. The values of FSP obtained ranged from 0.16 kg/kg to 0.33 kg/kg. The means values of Gibbs free energy per gram of sorbed water obtained ranged from 149cal/g to 206cal/g. The difference of the molar sorption enthalpies between the monolayer and the multilayers on top of the monolayer is in general greater than the difference of the molar sorption enthalpies between the multilayers on top of the monolayer and the bulk liquid. The equilibrium moisture content at the saturation of monolayer ranged from 0.025 kg/kg to 0.08 kg/kg. At the lowest water content, isosteric heat of sorption of studied woods is higher and decreases with convergence of all them when increases water content until 1760 kJ/kg at 40°C. Temperature influences the isosteric heat of sorption of studied woods. Water contents to give at each board during drying process are function of air characteristics of the future utilization (town, interior, exterior, conditioned interior). These values are presented at the end part of this paper. Mots clés: Modélisation - Isothermes de sorption - Paramètres thermodynamiques - Humidités d’usage - Humidité relative – Température - Bois tropicaux. 1. INTRODUCTION Les forêts tropicales sont présentes dans le bassin du Congo et en Amazonie. Les arbres de ces forêts sont très importants dans la régénération de l’oxygène, et la fixation du gaz carbonique. L’exploitation du bois issu de ces forêts a une importance économique et écologique pour l’humanité en général et pour les riverains en particulier. Par exemple, l’exploitation du bois a longtemps été le deuxième produit d’exportation du Cameroun après le pétrole. La gestion rationnelle et durable des forêts tropicales est donc souhaitable. En utilisant le processus de séchage, il est possible de stabiliser les produits faits de bois afin de les utiliser longtemps, renforçant ainsi le caractère renouvelable des bois tropicaux tout en satisfaisant les populations riveraines économiquement parlant. Le séchage du bois est un procédé qui permet de réduire la teneur en eau du bois afin d’obtenir une valeur nécessaire à la stabilité du bois, laquelle valeur est fonction des caractéristiques de l’air ambiant. En effet, la teneur en eau des matériaux hygroscopiques en équilibre avec son environnement (aussi appelé teneur en eau d’équilibre) est un paramètre important dans l’étude du procédé de séchage [1]. Ce paramètre permet de déterminer les conditions optimales de stockage [2], de dimensionner et de modéliser plusieurs appareils de traitement et de conditionnement [3, 4 ]. Les isothermes de sorption d’un produit donné décrit la teneur en eau d’équilibre de ce produit avec l’environnement à une température et pression de l’air connues. La teneur en eau d’équilibre est celle dont l’activité de l’eau dans le produit est neutralisée. Dans la littérature, plusieurs modèles d’isothermes de sorption sont construits pour expliquer le comportement en sorption des produits alimentaires. Ces modèles peuvent Modélisation des isothermes de sorption, caractérisation des propriétés thermo… 81 être regroupés en trois catégories: théoriques, semi empiriques et enfin empiriques [5]. Selon Van den Berg et al. [6], approximativement 77 modèles de sorption très utilisés sont disponibles dans la littérature mais, il est difficile de prédire le modèle idéal à priori susceptible de mieux décrire les isothermes expérimentales parce que les produits biologiques ont une structure et une composition complexes [4]. Van den Berg et al. [6] ont groupé ces 77 modèles en quatre catégories: (1) les modèles de sorption monocouches localisés, (2) les modèles de sorption multicouches, (3) les modèles de sorption utilisés dans la science des polymères et (4) les modèles empiriques [7]. La littérature montre que plus de un modèle de sorption peuvent décrire les isothermes expérimentales. Le meilleur modèle est celui-là qui décrira le mieux les points expérimentaux, avec une relation simple [4]. Selon Lomauro et al. [8], uploads/Litterature/ art19-1-9.pdf