Absorption de l’eau par le bois

Phénomène d’absorption

Le bois est un matériau organique, constitué de cellules de formes et de tailles différentes, qui présentent des lacunes et des vides. C’est dans ces cavités que l’eau peut pénétrer dans le bois lorsqu’elle se met en contact avec celui-ci, et ce de plusieurs façons :

• Par capillarité : l’eau liquide se propage dans les lacunes des cellules :

• L’évaporation : l’eau sous forme de vapeur peut circuler à travers les cavités cellulaires :

• Par diffusion moléculaire : des échanges ont lieu au niveau microscopique au niveau de la membrane cellulaire

Taux d’humidité

Lorsqu’on veut travailler avec du bois, avoir une mesure de la quantité d’eau qu’il a absorbée est important. On utilise souvent la donnée du taux d’humidité du bois, définie comme telle :

En règle générale, on utilise en construction des bois dont le taux d’humidité se situe entre 8 et 25 %. Lorsqu’ils sont trop secs, les bois craquent, trop humides ils pourrissent. Cela nécessite de faire sécher les arbres une fois coupés avant de les utiliser ; Car leur taux d’humidité juste après abattage se place le plus souvent entre 40 et 200%.

Variations d’humidité

Equilibre hygroscopique

Bien que le bois ait une capacité certaine à absorber de l’eau, il peut stabiliser son humidité. On parle alors d’équilibre hygroscopique du bois.

Cet état d’équilibre est atteint lorsque le taux d’humidité du bois ne varie plus significativement en fonction de la température et de l’humidité de l’air. En général, un bois ayant subi un pré-séchage atteindra son état d’équilibre hygroscopique en deux à trois semaines.

Taux d’humidité du bois en fonction de la température et de l’humidité de l’air 

L’abaque ci-dessus fournit le taux d’humidité du bois en fonction de la température et de l’humidité relative RH de l’air.  Pour un RH de 50% et une température de 22°C, l’humidité du bois est de 9.5%.

Attention : Afin de lire le pourcentage exact d’humidité, il faut lire cette valeur entre les deux courbes. Pour la valeur de 9.5%, celle ci se situe bien entre les deux courbes d’iso-humidité du bois de 8 et 10%.

Point de rosée et diagramme de Mollier

Le point de rosée est la température à laquelle l’air doit être refroidi pour que la vapeur d’eau qu’il contient se condense en rosée ou givre. Cela induit des gonflements possibles du bois ; D’où l’importance d’assurer aux murs en bois un bon revêtement isolant, bloquant moisissures et détériorations.

Le diagramme de Mollier permet de déterminer la température de rosée en fonction de la température de l’air et du taux d’humidié relative. A 20° et 50% d’humidité relative, soit 7g d’eau par kilo d’air sec on voit qu’une chute de température de 11° aboutit au point de rosée ou température de 9° (9 + 11 = 20).

Point de saturation des fibres

Cette capacité à réguler son taux d’humidité vient une fois de plus de la structure microscopique du matériau. En effet, les cavités cellulaires ainsi que les parois des cellules sont capables de se gorger d’eau. Lorsque les parois des cellules sont gorgées d’eau, et que les cavités cellulaires sont vides, le taux d’humidité atteint une valeur particulière que l’on appelle le point de saturation des fibres. Lorsque le taux d’humidité est plus faible que le point de saturation, le bois se rétracte. Si on le remet en contact avec de l’eau, le bois pourra se gonfler à nouveau jusqu’au point de saturation. Cette valeur se situe autour de 30% à température ambiante pour les bois européens courants.

Retrait et déformations du bois face à l’eau.

Retrait anisotrope

Comme le bois n’est pas un matériau isotrope, les retraits et gonflements dus aux variations hygrométriques sont différents selon la direction (radiale, tangentielle et axiale).

Dans la direction tangentielle aux anneaux, le bois peut se rétracter ou se dilater de 8% ; là où dans la direction radiale il ne peut se rétracter ou se dilater que de 4%. Dans la direction du fil du bois, il ne peut se rétracter que très peu, de 0,2 à 0,5%. Ces valeurs sont d’autant plus faibles que l’on atteint le cœur du bois, où le séchage est plus difficile. De plus, plus le bois est dense, plus les phénomènes de retrait et de gonflement sont importants.

Conséquences du retrait et de la dilatation de l’eau dans le bois

Ces phénomènes de retrait et de gonflement du bois sont à surveiller et à limiter dans la mesure du possible. Les conséquences peuvent s’avérer grave car ils provoquent des désordres structurels potentiellement importants. En effet, en séchant, le bois peut se tordre, ce qui peut causer des tassements dans certaines structures porteuses de bâtiments.

On parle de retrait lorsque, du fait d’une diminution du taux d’humidité (en séchant), les dimensions d’une pièce de bois diminuent. Ces diminutions n’ont pas la même amplitude dans toutes les directions, ce qui peut occasionner des déformations des pièces.

On parle de gonflement quand, à l’inverse, du fait d’une augmentation du taux d’humidité, les dimensions d’une pièce de bois augmentent. Cette déformation ne se fait pas forcément de manière homogène. Cela peut également être à l’origine de déformation des pièces.

Il est donc important de faire sécher ou de réhydrater le bois progressivement (plusieurs jours) pour limiter ces déformations ou d’autres désordres. En effet, un séchage trop important ou trop brutal peut être à l’origine de fissures, inesthétiques et préjudiciables à l’ensemble de la structure ; car elles rendent le matériaux vulnérable aux concentrations de contraintes.

Bois sec, bois humide

Les propriétés mécaniques augmentées du bois sec

Les propriétés mécaniques du bois sec sont meilleures que celles des bois humides. Notamment lorsque l’on passe sous le point de saturation des fibres. Ainsi la résistance à la traction est à son maximum avec un taux d’humidité de 6 à 12%.

La résistance en compression et le module de flexion peuvent atteindre une fois et demie leur valeur en passant d’un bois fraichement coupé à un bois à 15 % d’humidité.

Les dégradations du bois humide

Une humidité trop importante peut être néfaste pour le bois. Lorsque le bois reste durant de longues périodes à un taux d’humidité proche du point de saturation des fibres, il commence à se détériorer. Cette détérioration peut aller jusqu’au pourrissement. Notamment si l’air ambiant se situe à plus de 80% d’humidité et à une température suffisamment élevée pendant de longues périodes (propice à la prolifération de champignons et autres parasites).

Comment prendre en compte ces propriétés en construction ?

Puisque l’humidité du bois peut altérer ou augmenter ses propriétés mécaniques, on prend en compte ce paramètre dans les dimensionnements de structures en bois. Il faut également concevoir en lien avec le matériau des structures qui pourront reprendre les variations dues à l’hygroscopie du bois. On cherchera donc autant que possible à isoler les extrémités des éléments en bois pour prévenir les remontées humides par capillarité ; et à laisser les éléments se dilater au moyen de dispositifs variables (trous oblongs, tolérances des menuiseries, joints flexibles…).

Il est également important de protéger la structure bois de l’humidité, par différents moyens :

• Au niveau du sol, on veille à protéger les pieds des bâtiments des remontées par capillarité ou des rejaillissements d’eaux pluviales, en laissant exposée la semelle de fondation en béton, en mettant en place des bandes enduites de bitume et en respectant un débord suffisant du pare-pluie et/ou du parement[1].
• Aux endroits où l’eau pourrait s’infiltrer, il est également nécessaire de mettre en place un revêtement étanche ou a minima un tuilage permettant aux eaux pluviales de s’écouler sans endommager la structure bois.

Pour prévenir les effets néfastes de la condensation, un pare-vapeur doit également être mis en place.

[1] Voir DTU 31.2 pour toutes les dispositions constructives.