Détermination en routine de la diffusivité massique dans le bois par méthode inverse à partir de la mesure électrique en régime transitoire

par Adeyemi Clément Kouchade

Thèse de doctorat en Sciences forestières et sciences du bois

Sous la direction de Patrick Pierre.

Soutenue en 2004

à l'Ecole nationale du génie rural, des eaux et des forêts (Paris ; Nancy) .

mots clés

• Bois
• Diffusivité
• Transpore
• Inverse
• Méthode
• Résistance
• Electrique

Résumé

La diffusivité massique est l'une des propriétés physiques qui permet de caractériser les transferts de masse au sein des milieux poreux. Bien que cette grandeur physique soit méconnue, sa mesure est indispensable lors de la modélisation de nombreux procédés tels que le séchage, l'imprégnation, les transferts hydriques à travers l'enveloppe des bâtiments, etc. Dans ce travail de thèse, une méthode de mesure en routine du coefficient de diffusion du matériau bois, dans le domaine hygroscopique, est proposée. Cette évaluation de la diffusivité massique repose sur une méthode inverse qui s'articule en trois étapes complémentaires : l'expérimentation, l'analyse des données expérimentales à partir d'un code numérique nommé TransPore (code de simulation des transferts couplés de chaleur et de masse en milieux poreux) et enfin la détermination du coefficient de diffusion par minimisation de l'écart entre les données expérimentales et celles simulées. L'expérimentation s'appuie sur la mesure de la résistance électrique d'un échantillon de bois en régime transitoire. Un mégohmmètre combiné à un multiplexeur permet de faire les mesures sur plusieurs échantillons à la fois. La version 1-D du code de calcul TransPore permet de calculer la résistance électrique de chaque échantillon de bois grâce au champ de teneur en eau simulée à partir des conditions réelles subies par les échantillons. L'algorithme du Simplex minimise l'écart entre les résultats expérimentaux et théoriques par le biais de l'ajustement de paramètres sensibles dont la diffusivité massique. La fiabilité de cette nouvelle méthode a été établie grâce à la technique de pesée très utilisée pour déterminer la diffusivité

Titre traduit

Determination in routine of wood mass diffusivity by inverse method from electrical mesurement in transient state

Résumé

Mass diffusivity is one of the physical properties that characterizes the migration of bound moisture in porous media in general and in wood in particular. Its control is essential to understand and to simulate the drying process as well as impregnation phenomena or moisture transfers through building walls. In this study, a fast and reliable method for the determination of mass diffusivity by electrical measurements in transient state has been developed. This method consists in three complementary steps: experimentation, analysis of experimental data thanks to a coupled heat and mass transfer numerical code (TransPore) and minimization of the difference between the experimental data and the simulated ones. The experimentation is based on measurements of the electrical resistance of wood sample in transient state. A megohmmeter associated to a multiplexer allows measurements on several samples at the same time. The code TransPore computes the electrical resistance of each sample thanks to the moisture content field. That has been simulated from the real experimental conditions. The Simplex algorithm minimizes the gap between experimental and theoretical results by fitting the significant parameters such as mass diffusivity. The method ability was established by comparison with the very widely used weighting technique for mass diffusivity determination. The efficiency of this new method allows us to characterize the wood diffusivity of six tropical species and six temperate ones. However, the weighting technique has been preferred to characterize the mass diffusivity of heat treated wood and shows that the mass diffusion coefficient of natural wood was reduced by at least