Soutenance mémoire
Structure d’un produit de séchage
La taille des canaux poreux est une caractéristique d’un produit de séchage. Elle lui confère des caractéristiques mécaniques et thermodynamiques particulières. L’évolution de cette taille au cours du séchage se répercute vraisemblablement sur l’état hygroscopique (cf § : III.2) du matériau. Les déformations des pores entraînant une modification structurelle du produit peuvent générer des contraintes et peuvent influencer le processus de séchage. Lors d’une opération de séchage, les modifications dimensionnelles des pores occasionnent un ralentissement voire blocage des transferts de masse par phénomène de croûtage ou par blocage d’entraînement de solutés. Pour permettre au produit d’arriver sans encombre au terme du séchage, et pour pouvoir se passer de ces contraintes, Il est alors important de bien connaître l’état du produit avant et au cours de l’opération. Pour cela, la notion de porosité mérite d’être étudiée. Aussi est-il important de noter qu’un matériau à l’état naturel présente toujours de pores de tailles et de rayons différents.
L’eau dans le matériau
L’eau se présente sous trois formes dans un produit de séchage :
– L’eau libre remplit la majeure partie des vides cellulaires. Elle y est piégée sous forme de liquide. Sa quantité est directement liée à la porosité ε ;
– L’eau liée est absorbée par les parois grâce aux propriétés hydrophiles de celles-ci. L’eau liée imprègne alors ces parois.
NB : La quantité d’eau liée est liée à la taille des pores.
– La vapeur d’eau occupe les parties vides des pores non saturés d’eau liquide. Elle est mélangée avec l’air sec pour former un mélange parfait. Lors du séchage, l’eau libre part en première. A un moment donné où elle est complètement évacuée et qu’il ne reste plus que l’eau liée, le matériau atteint le point de saturation (cf §: III.1.1) auquel on est en présence d’une teneur en eau particulière des parois saturées qui correspond, dans la quasi-totalité des cas, à l’humidité voisine de 30%.
NB : Le point de saturation définit deux domaines, en dessus, le séchage se fait sans variations dimensionnelles du matériau qui n’a pas ainsi de comportement hygroscopique, en deçà, il existe une relation univoque entre la quantité d’eau et la pression partielle de vapeur d’eau (cf §: VII.3.1). Le matériau est dit à comportement hygroscopique et le séchage s’accompagne d’un retrait du matériau. Si après l’évacuation d’eau libre, on continue le séchage, ce sera l’eau liée qui partira.
La masse volumique d’un matériau retractible
Dans le cas d’un milieu déformable, le phénomène inverse est constaté : il y a contraction de matière solide lors du séchage. Une partie des vides cellulaires est alors comblée par l’édifice solide quand l’eau part. Si la densité de la matière du matériau considéré est supérieure à celle de l’eau (c’est souvent le cas), il y a augmentation de la masse volumique et dans le cas contraire, la masse volumique diminue. En partant de cette constatation, une analyse conduit à affirmer que :
– On ne peut parler de la masse volumique qu’en précisant l’ordre de grandeur de l’humidité du matériau.
– On définit la masse volumique par rapport aux différents états du matériau. (9)
NB : Dans la pratique ; c’est à dire lors d’une opération de séchage, on a souvent à faire plutôt à des matériaux déformables qu’à des matériaux rigides.
Evaluation de fin de séchage
Les courbes de sorption désorption permet, outre la connaissance de comportements du bois au stockage, l’évaluation de fin de séchage. Le bois doit avoir une teneur en eau en base humide x1 pour que sa conservation soit possible. Le bois humide devrait donc être séché à une température T. A partir des mesures de température sèche et de température de l’air en sorite du séchoir, on peut obtenir des informations pour évaluer la fin de séchage. La procédure consiste à chercher l’humidité relative d’équilibre de l’air, sur la courbe de désorption, une fois que le teneur en eau en base humide du bois est convertie en teneur en eau en base sèche (utilisation de la formule de conversion du § :II.2.2.3. On arrête le séchage lorsque l’humidité relative de l’air (connue à partir de des mesures de température humide et température à la sortie du séchoir), est la même que l’humidité relative d’équilibre de l’air.
CONCLUSION
Les données de l’expérience présentées sous forme de tableaux ont permis la détermination des paramètres caractéristiques du sapin au cours du séchage. Au terme de l’expérience il faut surtout retenir :
– La vitesse de séchage qui met en évidence le mode de transfert d’eau ;
– Les constantes n et k caractéristiques de l’isotherme de désorption du sapin ;
– Les coefficients de transfert relatifs aux transferts de masse entre l’air et le sapin.
Les résultats de ces études peuvent être appliqués dans l’opération de séchage à grande échelle et servir de référence pour les études théoriques des autres types de bois (bois durs et semidurs).
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : RAPPEL SUR LE SECHAGE – DES DEFINITIONS AU PROCESSUS
Chapitre I: GENERALITE SUR LE SECHAGE
Chapitre II: CARATERISATION D’UN PRODUIT DE SECHAGE
II.1. Structure d’un produit de séchage
II.1.1. Caractérisation de la porosité
II.1.2. La compacité
II.2. L’eau dans le matériau
II.2.1. l’humidité du matériau de séchage
II.2.2. La teneur en eau ou degré d’humidité
Chapitre III: QUANTIFICATION DE L’EAU
III.1. La quantité d’eau dans un matériau de sechage
III.1.1. La struration
III.1.2. La siccité
III.2. L’équilibre hygroscopique
III.1.3. III.2.1. Equilibre hygroscopique du bois
Chapitre IV: AUTRES FACTEURS LIES A L’ETAT DU PRODUIT
IV.1. La retractibilité
IV.1.1. Mécanisme du retrait
IV.1.2. Ordre de grandeur des retraits pour quelques types de bois
IV.2. Notion de masse volumque
IV.2.1. La masse volumique d’un matériau rigide ou indéformable
IV.2.2. L a masse volumique d’un matériau retractible
IV.2.3. La masse volumique relative à l’humidité « H »
IV.2.4. La masse volumique basale
IV.3. Influence de la masse volumique sur le sehage
PARTIE II :DU PROCESSUS AUX EXPRESSIONS MATHEMATIQUES
Chapitre V: L’EXTRACTION D’EAU ET PROCESSUS DE SECHAGE
V.1. Notion d’eau à enlever
V.1.1. La masse d’eau à extraire
V.1.2. L’extraction d’eau pour un produit à humidité « H »
V.1.3. Le mouvement de l’eau dans le bois
V.2. Notion de pression
Chapitre VI: NOTION D’ENERGIE
VI.1. Généralité
VI.1.1. L’énergie potentielle de gravitation
VI.1.2. L’énergie thermique
VI.1.3. La capacité thermique
VI.2. Chaleur latente et chaleur sensible
VI.2.1. VI.3.1. Chaleur latente
VI.2.2. VI.3.2. Chaleur sensible
Chapitre VII: L’AIR SECHANT
VII.1. Les incidences d’air par rapport au produit
VII.2. Propriétés de l’air de séchage
VII.2.1. Température de l’air de séchage
VII.2.2. Mesure de la température
VII.2.3. Tables psychométriques
VII.3. Humidité de l’air
VII.3.1. Notion de vapeur et de pression
VII.3.2. Humidité absolue ou teneur en eau
VII.3.3. Humidité relative ou degré d’hygrométrique
VII.4. Caractéristiques thermophysiques de l’air
VII.4.1. La masse volumique
VII.4.2. La fraction molaire de vapeur
VII.4.3. Volume spécifique
VII.4.4. Enthalpie
VII.4.5. Diagramme de l’air humide
VII.4.6. Le pouvoir évaporatoire de l’air
PARTIE III :DES EXPRESSIONS AUX EXPERIMENTATIONS
Chapitre VIII: VITESSE DE SECHAGE
VIII.1. Les phases de séchage
VIII.1.1. Le préchauffage
VIII.1.2. Le séchage
VIII.1.3. Les phases finales
VIII.1.4. Les tables de séchage
VIII.2. La masse d’eau enlevée par mètre cube d’air
VIII.2.1. Echange parfait entre le bois et l’air
VIII.2.2. Echanges non parfaits
VIII.2.3. Sorption desorption
VIII.3. vitesse de séchage
VIII.3.1. Définition
VIII.3.2. Les transferts d’eau
VIII.3.3. La vitesse effective de séchage
Chapitre IX: : DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU SECHOIR
IX.1. Description des éléments
IX.1.1. La cellule de séchage
IX.1.2. Les appareils annexes
IX.2. L’instrumentation
IX.2.1. La balance
IX.2.2. L’hygromètre et chronomètre
IX.3. Caractérisation du séchoir
Chapitre X: L’EXPERIMENTATION
X.1. Préparation et montage de l’éprouvette
X.1.1. La masse du sapin sec
X.1.2. Préparation au séchage
X.1.3. Les conditions de séchage
X.2. Les phases de l’oprération de séchage
X.2.1. Résulats de l’expérience
X.2.2. Interprétation des résultats
PARTIE IV :DES EXPRESSIONS MATHEMATIQUES A LA MODELISATION DES COURBES
Chapitre XI: FORMULATION MATHEMATIQUE
XI.1. Calcul du nombre de Nussel Nu
XI.1.1. XI.2.1. Détermination de Pr et de ν
XI.1.2. XI.2.2. Détermination du nombre de Reynold Re
XI.2. XI.3. La conductivité thermique de l’air à la température T = 60°C
XI.2.1. XI.3.1. Calcul de λT
XI.2.2. XI.3.2. Calcul de Cv
XI.3. XI.4. Calcul de hc
XI.3.1. XI.4.1. Calcul deu coefficient de tranfert externe he
XI.3.2. XI.4.2. La résistance de transfert externe Re
XI.3.3. XI.4.3. La vitesse de séchage du sapin
XI.3.4. XI.4.4. Le coefficient de transfert interne hi
Chapitre XII: ISOTHERME DE DESORPTION
XII.1. Définition
XII.2. Modélisation mathématique
XII.2.1. Modèle de LEIKOV
XII.2.2. Modèle de HENDERSON
XII.3. Application
XII.3.1. Mesure des paramètres
XII.3.2. Calcul des constantes n et k du sapin
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE
LEXIQUE
AVANT PROPOS
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