Deux axes de recherche — l’un consacré au logiciel, l’autre à l’autoclave — convergent vers une machine nouvelle dans sa conception, et pas seulement dans son nom.

Un cycle de séchage sous vide dure plusieurs jours et met en jeu un chargement de bois de grande valeur. Le résultat ne se révèle qu’à l’ouverture du séchoir. Les travaux que nous présentons visent précisément à faire évoluer cette situation.

PREMIER AXE DE RECHERCHE : UN MODÈLE POUR PRÉDIRE LE COMPORTEMENT DU BOIS AVANT LE CHARGEMENT DU LOT

Nous développons un modèle mathématique de simulation hygrothermomécanique. Il décrit le transport couplé de l’humidité et de la chaleur dans la planche, les déformations qui en résultent et les contraintes internes qui apparaissent, afin d’établir la logique de pilotage du cycle.

La différence pratique est considérable. Un cycle traditionnel suit un programme prédéfini, avec des marges de sécurité établies à partir de l’expérience. Un cycle piloté par un modèle permet de déterminer où les contraintes se développent, quelle marge subsiste avant d’atteindre le seuil de rupture du matériau et jusqu’où le procédé peut être intensifié sans risque de fissuration ou de collapse. Autrement dit, il permet de travailler dans les limites physiques réelles de sécurité du matériau, plutôt que de s’appuyer sur une marge de précaution fixée à l’avance.

Le projet est mené en collaboration avec CSMT Innovation Hub, à Brescia, qui assure le transfert technologique et l’encadrement scientifique du projet.

Grandeurs calculées par le modèle à un instant donné du cycle : teneur en humidité, température, section transversale déformée et trois composantes des contraintes internes. La contrainte tangentielle se concentre à l’angle entre le chant et la surface d’échange, conformément aux observations rapportées dans la littérature scientifique.

PROCESSUS DE VALIDATION

Pour la validation, le modèle a été comparé à un cas de référence issu de la littérature scientifique. Pour le champ d’humidité, il reproduit la référence avec une erreur de 0,0355 dans la comparaison des isolignes. Sur le plan mécanique, un écart subsiste dans la déformation calculée. Cinq causes possibles ont déjà été examinées et écartées une à une. L’origine de cet écart reste à déterminer et cette situation est explicitement consignée dans le rapport technique.

BASE DE DONNÉES DE RÉFÉRENCE

La base de données regroupe 46 essences de bois — 33 nord-américaines et 13 européennes — avec, pour chacune, 14 coefficients thermiques, élastiques et hygroscopiques. Chaque valeur est associée à une source traçable et à un code explicite. L’utilisateur peut ainsi toujours identifier l’essence de référence et les données qu’il emploie réellement.

LE MODÈLE

Sous charge et lorsque l’humidité varie, le bois se déforme bien davantage que ne le prévoit la seule élasticité. Il s’agit du fluage mécanosorptif, un phénomène caractéristique de ce matériau. Un modèle purement élastique surestime les contraintes internes d’un facteur allant de 2,8 à 13, ce qui conduirait à des cycles inutilement lents et prudents.

Le module décrivant ce comportement, fondé sur la théorie de la microprécontrainte — microprestress — (Brown, Di Luzio et Cusatis, 2024), s’est montré stable lors de simulations de 40 heures, y compris avec des rampes de variation nettement plus sévères que celles d’un cycle réel.

La perte d’humidité se concentre au cours des 4 à 6 premières heures, puis ralentit à l’approche de l’équilibre. La face isolée reste plus froide pendant une période prolongée sous l’effet du refroidissement évaporatif.

POURQUOI NOS CYCLES EMX ALTERNENT ENTRE VIDE ET PRESSION ATMOSPHÉRIQUE

Le modèle a confirmé et expliqué un principe appliqué depuis des années dans nos installations. Sous vide, l’humidité du bois s’évapore et refroidit le matériau. Sans apport de chaleur efficace, la diffusion chute fortement et le bénéfice du vide finit par s’atténuer de lui-même.

La phase à pression atmosphérique rétablit un échange thermique efficace et réchauffe la planche avant que la diffusion ne diminue excessivement. L’alternance des deux phases maintient la température, la diffusion et la mobilité capillaire proches de leurs niveaux utiles maximaux bien plus longtemps qu’un fonctionnement sous vide continu.

Le modèle fournit une base quantitative pour décider du moment où changer de phase, en fonction du matériau et d’une simulation spécifique réalisée au préalable.

DEUXIÈME AXE DE RECHERCHE : LA NOUVELLE SÉRIE EMX

Un algorithme, aussi élaboré soit-il, ne peut compenser une mauvaise répartition des flux dans la chambre. Nous avons donc appliqué la même démarche à la conception matérielle. La série EMX est issue d’une analyse de la dynamique des fluides dans l’autoclave, réalisée à l’aide d’outils de simulation numérique. Cette analyse nous a conduits à redessiner sa géométrie interne plutôt qu’à actualiser une conception existante.

LE RÉSULTAT

Le matériel et le logiciel ont été repensés conjointement, chacun s’appuyant sur ses propres travaux de recherche, pour fonctionner comme un système unique. C’est ainsi que nous concevons l’innovation industrielle : en partant de la physique du procédé.

Où en sommes-nous ? Le modèle de transport est validé, le module mécanosorptif est stable et la base de données des essences est complète. L’écart mécanique et la validation expérimentale directe restent à résoudre. Les prochaines étapes sont l’intégration dans la boucle de commande et une campagne d’essais sur le prototype.

Nous sommes en phase d’essais et nous l’indiquons en toute transparence, sans formuler de promesses prématurées.

Si vous travaillez des bois durs et précieux, notamment des pièces de forte épaisseur en chêne, hêtre, frêne, érable, noyer ou châtaignier, et que votre priorité est l’homogénéité du résultat davantage que le débit horaire, c’est dans cette direction que nous investissons.

Nous serons heureux d’échanger avec vous sur votre projet. Vous pouvez nous écrire à headoffice@isve.com.