Pourquoi le bois fend, tuile et vrille : les défauts de séchage expliqués et comment les usines les évitent

Pourquoi le bois fend, tuile et vrille en séchant

Tout défaut de séchage commence par le retrait. Le bois ne se rétracte pas tant qu’il perd l’eau libre de ses cavités cellulaires ; il commence à se rétracter lorsque les parois cellulaires sèchent en dessous du point de saturation des fibres, vers 30 % d’humidité. Il se rétracte alors environ deux fois plus le long des cernes (sens tangentiel) qu’en travers (sens radial), et presque pas dans le sens du fil.⁴ Ce sont ces différences, entre les directions et entre l’extérieur et l’intérieur d’une planche, qui la fendent et la déforment.

Enveloppe et cœur : l’inversion des contraintes derrière la plupart des défauts

Au début du séchage, la couche extérieure d’une planche, l’enveloppe, descend en quelques heures sous le point de saturation des fibres et tend à se rétracter. Le cœur humide ne se rétracte pas encore et la retient. L’enveloppe est donc en traction et le cœur en compression. Dans du chêne de 50 mm séché selon une table standard, la traction dans l’enveloppe culmine au bout d’environ cinq jours.²

Si l’enveloppe est étirée au-delà de sa limite élastique, elle sèche dans un état allongé de façon permanente, appelé déformation rémanente en traction. Si la traction dépasse la résistance du bois, elle se déchire : c’est une gerce. Plus tard, quand le cœur sèche et tend à se rétracter, l’enveloppe surdimensionnée l’en empêche. Les contraintes s’inversent : l’enveloppe passe en compression et le cœur en traction. Cette traction tardive du cœur peut ouvrir des fentes internes.^1,2 Le FPL compare la déformation rémanente en traction à un élastique resté tendu trop longtemps, qui ne revient plus à sa taille d’origine.²

Les quatre phases du séchage et leurs défauts

Le manuel du FPL sur le séchage des feuillus divise le séchage en quatre phases, chacune avec ses défauts typiques. Ces phases sont un outil pédagogique, pas des limites tranchées, mais elles expliquent quand chaque problème se crée et quand il devient seulement visible.²

La leçon pratique est que les heures les plus importantes d’une charge de séchoir sont les premières. Les gerces ne se créent qu’en phase I ; les phases suivantes ne peuvent que les aggraver. Pour le chêne rouge, cette phase critique va de l’état vert à environ 50 % d’humidité, pour le chêne blanc de l’état vert à environ 45 %.² La façon dont les tables de séchage gèrent cette phase est traitée dans notre article sur le séchage en séchoir et à l’air libre.

Gerces, fentes et nid d’abeille

Les gerces sont des fissures qui s’ouvrent pendant le séchage. Leur emplacement indique quand elles se sont formées et pourquoi.

Gerces de surface

Les gerces de surface s’ouvrent sur les faces des planches, presque toujours sur les faces sur dosse, car la jonction entre les rayons ligneux et les fibres longitudinales est faible et les efforts de retrait tangentiel y sont les plus forts. Le chêne, avec ses grands rayons, y est particulièrement sujet.² Beaucoup de gerces de surface se referment plus tard au cours du séchage et sont invisibles sur le bois sec brut de sciage ; elles ne réapparaissent qu’au rabotage. Si une gerce contient de la saleté ou une tache, elle était ouverte pendant le séchage à l’air.²

La cause est toujours un séchage trop rapide au départ : un air trop sec, trop rapide, ou les deux. Quelques heures de conditions trop sévères suffisent.² Les limites du FPL pour la première phase du séchage en séchoir sont prudentes :

• température sèche initiale de 43 °C au plus, et de 38–41 °C pour les essences ou épaisseurs délicates ;
• vitesse d’air de 1,9 m/s au plus dans les premières phases ;
• humidité relative pas en dessous de 87 % en phase I, sauf si la vitesse d’air est nettement inférieure à 1,9 m/s ;
• au moins dix échantillons témoins correctement préparés par charge, avec un contrôle de la vitesse de séchage journalière par rapport à la limite de l’essence.²

Le parc et la scie comptent aussi. Le plein soleil et le vent fort par temps chaud ou sec peuvent faire gercer du bois de cœur de chêne et de hêtre de 25 mm : les bois sensibles aux gerces doivent donc être mis sous abri s’ils restent exposés une heure ou plus.² Une scie émoussée arrache la surface et favorise les gerces : dans une expérience du FPL, du chêne rouge raboté avant séchage présentait 18 fois moins de gerces que des planches brutes de sciage.²

Fentes en bout, et pourquoi le paraffinage des abouts est rentable

L’humidité circule 10 à 15 fois plus vite dans le sens du fil qu’en travers : les extrémités d’une planche ou d’une grume sèchent donc en premier et fendent en premier.¹ Les fentes en bout sévères deviennent des fentes traversantes, et le nid d’abeille qu’elles provoquent peut pénétrer jusqu’à 0,6 m dans une planche.² La défense la plus efficace est un enduit d’about hydrofuge, appliqué sur les extrémités fraîches des grumes ou des planches fraîchement éboutées.^1,2

Les données du FPL montrent à la fois l’efficacité de l’enduit et la rapidité avec laquelle son bénéfice se perd. Pendant un été dans le Wisconsin, la longueur des fentes sur les abouts non enduits de grumes de chêne rouge est passée d’environ 11 mm après deux semaines à environ 156 mm après douze, alors que les abouts enduits sont restés pratiquement exempts de fentes.² Sur du chêne rouge de 25–32 mm (5/4) séché à l’air, enduire les abouts frais laissait 62 % des abouts avec des fentes ne dépassant pas 25 mm ; attendre trois jours avant d’enduire faisait tomber cette part à 22 %, et attendre dix jours à 16 %.²

D’autres mesures aident : égaliser les extrémités des piles, placer une rangée de baguettes aux extrémités des planches ou tout près, et, dans le séchoir, mettre les piles bout à bout pour que l’air ne file pas le long des abouts.²

Le nid d’abeille : des fentes internes découvertes à la scie

Le nid d’abeille est une fente à l’intérieur de la planche, qui traverse les cernes. Il se forme tard dans le séchage, quand le cœur est en traction, typiquement si le cœur est encore assez humide alors que la température est montée trop haut pendant trop longtemps.¹ Les fentes internes spontanées sont rares : la plupart des nids d’abeille sont des gerces de surface ou des fentes en bout qui se sont approfondies.² Le nid d’abeille se voit rarement en surface. On ne le découvre en général qu’au tronçonnage, au délignage, à un rabotage profond ou au défonçage, ce qui en fait l’un des défauts les plus coûteux pour un fabricant de pièces.^1,2

Les règles du FPL pour l’éviter : prévenir d’abord les gerces de surface et les fentes en bout, sécher doucement le bois déjà gercé à humidité élevée et température modérée, et être prudent avant de monter la température sur les fortes épaisseurs tant que le cœur dépasse environ 28 % d’humidité.²

Collapse, roulure et décollement des cernes

Le collapse est l’écrasement des cellules du bois. Un collapse sévère se manifeste par des ondulations, une surface en tôle ondulée ; un collapse léger ressemble simplement à un retrait en épaisseur excessif. Il survient lorsque du bois très humide est séché vite, et les températures élevées le favorisent.^1,2 Il est rare dans la plupart des feuillus, mais le bois infecté par des bactéries, appelé cœur mouillé, y est sujet : pour plusieurs chênes américains, le FPL cite le collapse, le décollement des cernes et le nid d’abeille comme défauts typiques du cœur mouillé.²

La roulure, ou décollement des cernes, est une séparation le long des cernes. Elle est presque toujours liée à un affaiblissement bactérien dans l’arbre sur pied, parfois à un vent fort, et les contraintes de séchage sont rarement assez fortes pour la provoquer. On ne peut pas faire grand-chose au séchoir, si ce n’est trier les grumes atteintes.²

La cémentation et l’essai de la fourchette

La cémentation est la déformation rémanente en traction décrite plus haut, encore bloquée dans le bois à la fin du séchage. La planche paraît parfaite, mais l’enveloppe et le cœur s’opposent. Dès que l’équilibre est rompu par un refendage ou un délignage, les pièces se cintrent, ou le trait de scie se referme et pince la lame. Le FPL relie aussi les contraintes résiduelles aux éclats de rabotage et aux mauvais collages.²

On la relâche par un conditionnement en fin de cycle : on élève brièvement l’humidité d’équilibre de l’air du séchoir jusqu’à environ l’humidité visée plus 4 points, vers 82 °C, pour que l’enveloppe reprenne de l’humidité et se détende.² Notre article sur le séchage en séchoir décrit pas à pas l’égalisation et le conditionnement.

Le contrôle se fait par l’essai de la fourchette. Une fine tranche est découpée dans une planche et sciée en dents : trois dents, celle du milieu étant retirée, pour les planches de moins d’environ 4 cm d’épaisseur ; six dents, la deuxième et la cinquième étant retirées, pour les fortes épaisseurs. Si les dents extérieures se referment vers l’intérieur, il reste une déformation rémanente en traction ; avec des contraintes moyennes à fortes, elles se touchent.² Le moment compte. Un gradient d’humidité dans les dents peut simuler ou masquer des contraintes : le FPL conseille de laisser refroidir le bois un jour ou deux avant l’essai, ou de chauffer les dents découpées 15 secondes au four à micro-ondes pour homogénéiser leur humidité.²

Les déformations : cintrage de face, cintrage de rive, gauchissement et tuilage

Une déformation est tout écart d’une face ou d’une rive par rapport à la planéité ou à l’équerrage. Le Wood Handbook en distingue six types : cintrage de face, cintrage de rive, gauchissement, tuilage, ovalisation et losangement, ces deux derniers concernant les sections carrées et rondes.¹ Les déformations ont deux sources, les différences entre retraits radial, tangentiel et longitudinal, et les contraintes de croissance de l’arbre, et elles sont aggravées par le fil irrégulier, le bois juvénile et le bois de réaction.¹

Les causes de chaque type de déformation

• Le cintrage de face, une courbure dans la longueur comme un ski, vient souvent d’un sciage non parallèle à l’écorce et d’un mauvais empilage : baguettes mal alignées ou trop espacées, baguettes d’épaisseur inégale ou assises irrégulières.²
• Le cintrage de rive, une courbure latérale le long de la rive, suit des cernes excentrés ou des grumes courbes : une rive se rétracte plus que l’autre dans la longueur.²
• Le gauchissement, les angles d’une face qui ne sont plus dans un même plan, apparaît dans le bois à fil tors, ondulé, oblique ou contrefil.²
• Le tuilage, une courbure dans la largeur, est la tendance naturelle des planches débitées sur dosse. La face côté écorce se rétracte toujours plus que la face côté cœur, et l’effet augmente à mesure que la planche est débitée près de la moelle.²

La plupart des déformations, note le FPL, viennent des caractéristiques du bois plutôt que d’erreurs de séchage. Tout ce qui réhumidifie la surface pendant le séchage les aggrave : pulvérisation de vapeur sur du bois froid au démarrage, cycles d’inversion des ventilateurs de plus de deux heures, ou tables trop humides pour un bois déjà partiellement sec.²

Pourquoi le chêne et le hêtre sur dosse tuilent : le rapport tangentiel/radial

Le rapport entre le retrait tangentiel et le retrait radial indique bien la tendance d’une essence au tuilage. Pour les essences européennes, l’Institut bavarois de recherche forestière donne environ 2,2 pour le chêne et 2,1 pour le hêtre, contre 1,8 pour le frêne et environ 1,6 pour le tilleul.^3,5

C’est pourquoi les planches débitées sur quartier, dont les grandes faces coupent les cernes en travers, tuilent, gercent et fendent moins au séchage et à l’usage.² Le choix se fait à la scie, au prix d’une perte de rendement, comme l’explique notre article sur le débit sur dosse, sur quartier et sur faux quartier.

Un empilage qui garde les planches planes

Les baguettes et les traverses d’appui travaillent ensemble pour maintenir le bois plan pendant qu’il sèche.² Les recommandations du FPL :

• Épaisseur des baguettes. En général 19 mm, et surtout uniforme : des baguettes inégales provoquent des déformations. Chaque tranche de 3 mm d’épaisseur de baguette en plus réduit la capacité du séchoir d’environ 7 %.
• Espacement des baguettes. Tous les 30–46 cm pour les classes supérieures de feuillus de 25–38 mm (4/4–6/4), environ 30 cm pour les classes inférieures et les essences sujettes aux déformations, et 60 cm sont en général admissibles pour les épaisseurs supérieures à 38 mm. Ajoutez des baguettes à moins de 30 cm des extrémités de pile lorsque les longueurs sont inégales.
• Alignement. Baguettes alignées verticalement, avec une traverse d’appui sous chaque colonne de baguettes et des fondations de niveau.
• Charge. Environ 7 kPa sur le dessus de la pile, soit l’équivalent d’environ 25 cm de béton, maîtrisent une partie des déformations, même si les charges sont rarement utilisées dans le séchage des feuillus.²

Colorations : des taches qui apparaissent au rabotage

Les défauts de couleur comptent surtout sur les bois clairs et sur le chêne sous finition incolore. Certains sont chimiques, d’autres fongiques, et plusieurs restent cachés jusqu’au rabotage de la surface.^1,2

Tache de tannate de fer dans le chêne

Le chêne est riche en tanins. Tanin, eau et fer réagissent pour former du tannate de fer, de couleur bleu-noir. La pire source est la condensation qui goutte de ferrures rouillées du séchoir ou de conduites de vapeur mal purgées ; avec un apport constant de fer et d’eau, la tache peut pénétrer de plus de 13 mm dans le bois. Les fourches de chariot élévateur, les rouleaux métalliques, le feuillard d’acier et la limaille de scie tachent aussi, mais rarement à plus de 0,4 mm de profondeur.² La prévention consiste à supprimer le fer et à donner de la pente aux conduites de vapeur pour que l’eau s’écoule. L’acide oxalique enlève la tache sur le bois vert comme sur le bois sec.²

Tache de baguette et coloration grise chimique

La tache de baguette, aussi appelée ombre de baguette, est une bande de bois plus foncée ou plus claire en travers de la planche, là où reposait une baguette. Elle n’apparaît généralement qu’au rabotage.² Malgré son nom, les champignons y sont rarement pour quelque chose et les baguettes ne la provoquent pas : le FPL l’attribue à l’oxydation de substances naturelles du bois, déclenchée par un séchage lent, probablement moins de 5 % d’humidité perdue par jour, entre 10 et 54 °C, tant que le bois dépasse 40 % d’humidité.² Parmi les colorations chimiques voisines figurent le grisaillement interne, observé surtout dans l’érable, le micocoulier, les chênes du sud des États-Unis et le frêne, et la tache brune « café », surtout dans le chêne blanc.² Une coloration gris-brun profonde peut survenir dans de nombreux feuillus si le séchage initial est trop lent ou la première température du séchoir trop élevée.¹

Le remède est la rapidité au départ. La liste de contrôle du FPL prévoit notamment d’utiliser des grumes stockées moins de deux semaines par temps chaud, d’empiler le bois dans les 12 heures suivant le sciage, d’utiliser des baguettes sèches à 8–10 % d’humidité, des baguettes rainurées, de protéger de la pluie le bois empilé, une vitesse d’air élevée pour les bois clairs, et des températures de séchoir ne dépassant pas 71 °C, sauf pendant l’égalisation et le conditionnement.²

Bleuissement et moisissures

Le bleuissement est un champignon qui se développe dans l’aubier humide lorsque le séchage est trop lent, surtout en été ; sa couleur est celle du champignon. Il n’affaiblit pas le bois, mais il ruine les surfaces à finition incolore. Les moisissures vivent sur la saleté et la poussière plutôt que sur le bois. Les deux se maîtrisent par un séchage suffisamment rapide. Des températures supérieures à 54 °C arrêtent aussi les champignons, mais une telle chaleur est trop sévère pour de nombreuses essences tant qu’elles sont encore humides.^1,2

Ce que coûtent les défauts de séchage

Pour le FPL, les défauts de séchage sont souvent le poste le plus coûteux du séchage des sciages feuillus.² Les chiffres les plus souvent cités sont anciens mais parlants : dans une étude menée en Pennsylvanie sur des sciages No. 1 Common de 25–32 mm séchés à l’air sur des parcs ouverts typiques, les pertes de valeur atteignaient 6 % pour le bouleau jaune, 8 % pour le tilleul d’Amérique, 13 % pour le chêne rouge, 14 % pour l’érable à sucre et 15 % pour le chêne blanc, sans compter le retrait.² Nous n’avons pas trouvé de chiffre moderne comparable pour les essences européennes.

Les pertes ne s’arrêtent pas au séchoir. Le FPL estime que peut-être 90 % des défauts d’usinage et de collage, du fil pelucheux aux joints de colle ouverts, peuvent être éliminés par un bon séchage, et il fixe l’humidité finale visée à l’humidité d’équilibre du lieu d’utilisation, à plus ou moins 2 points.² Notre article sur l’humidité du bois et l’humidité d’équilibre explique comment fixer cet objectif.

Les défauts de séchage en un coup d’œil : cause et prévention

Comment nous évitons les défauts de séchage chez SARAL

Comment contrôler une livraison de feuillus séchés en séchoir

1. Regardez les abouts. Les fentes en bout se voient immédiatement. De longues fentes partant des extrémités cachent souvent du nid d’abeille plus loin.
2. Rabotez quelques planches. Les gerces de surface, la tache de baguette et la coloration grise chimique n’apparaissent souvent qu’au rabotage. Raboter un échantillon pris au milieu des colis prend quelques minutes.
3. Tronçonnez une planche témoin. Une coupe bien éloignée de l’about révèle le nid d’abeille et vous donne une tranche pour l’essai de la fourchette.
4. Faites l’essai de la fourchette si vous allez refendre ou déligner le bois. Laissez la tranche se stabiliser avant de lire le résultat.
5. Mesurez l’humidité sur au moins 10 % des pièces et comparez-la à l’objectif et à la tolérance convenus.
6. Vérifiez la planéité de quelques planches (cintrage de face et de rive, gauchissement, tuilage) et cherchez des marques sombres là où du feuillard d’acier ou des fourches ont touché du chêne.
7. Demandez les enregistrements de séchage : table, humidité finale des échantillons témoins, et si la charge a été égalisée et conditionnée.

Questions fréquentes

Pourquoi le bois fend-il en séchant ?

Parce que la surface sèche et se rétracte avant l’intérieur. Le cœur humide retient la surface qui se rétracte et qui passe en traction ; si cette traction dépasse la résistance du bois en travers du fil, il fend. Les extrémités fendent en premier, car l’humidité s’échappe 10 à 15 fois plus vite dans le sens du fil qu’en travers.¹

Quelle différence entre une gerce et une fente ?

Une gerce est une séparation dans le sens du fil qui se forme pendant le séchage, en surface, en bout ou à l’intérieur de la planche. Une fente traverse la pièce d’une face à l’autre, typiquement depuis une extrémité. Les fentes en bout sévères deviennent des fentes traversantes ; les gerces de surface profondes peuvent devenir du nid d’abeille interne.²

Comment sécher du chêne sans fentes ?

Protégez-le du soleil et du vent dès le sciage, enduisez les abouts immédiatement, empilez-le sur des baguettes uniformes et séchez-le lentement au début : selon les recommandations du FPL, un démarrage du séchoir à 43 °C au plus avec 87 % d’humidité relative ou davantage, et une vitesse d’air modérée, jusqu’à ce que le bois ait perdu un tiers de son humidité.² Le chêne débité sur quartier gerce moins que le chêne sur dosse.

Quel bois fend le moins au séchage ?

Les essences à retrait modéré, à faible rapport entre retraits tangentiel et radial et sans grands rayons sont les plus tolérantes. Parmi les feuillus européens, le tilleul (environ 1,6) et le frêne (1,8) sont plus faciles que le chêne (2,2) et le hêtre (2,1).^3,5 Pour une même essence, les planches débitées sur quartier gercent et tuilent moins que celles débitées sur dosse.²