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Conclusion

Afin d’obtenir une meilleure compréhension du comportement des panneaux MDF lors du pressage à chaud selon les procédés en lot et en continu, on a développé un modèle basé sur les lois de la thermodynamique et les propriétés physiques du bois. Ce modèle a été résolu par la méthode des éléments finis en utilisant le logiciel MEF++ qui a été crée au sein du Groupe Interdisciplinaire de Recherche en Éléments Finis (GIREF) à l’Université Laval. Pour valider le modèle numérique présenté dans cette thèse, on l’a comparé avec des données expérimentales de température, pression gazeuse et teneur en humidité. C’est ainsi que des essais de pressage à chaud en lot ont été réalisés au laboratoire de pressage du Département de sciences du bois et de la forêt à partir de panneaux MDF à base de fibres d’épinette noire ( Picea mariana (Mill.) BPS) et de sapin baumier ( Abies balsamea (L.) Mill.). Quant aux données pour le procédé de pressage à chaud en continu, elles ont été obtenues de l’usine de panneaux MDF La Baie d’Uniboard Canada Inc. à ville de La Baie, Québec pour ces mêmes essences. Les mesures de température et de pression gazeuse ont été prises à la surface et au centre de l’ébauche lors du pressage à chaud.

Sept modèles de sorption les plus couramment utilisés dans la littérature pour déterminer la teneur en humidité d’équilibre ont été extrapolés aux hautes températures jusqu'à 220 °C. Les modèles ont été comparés avec des données expérimentales provenant de Wood Handbook (1999) et Kubojima et al. (2003) entre 0 °C et 160 °C. La somme des carrés sans correction des différences entre la teneur en humidité d’équilibre prédite et les valeurs expérimentales publiées dans la littérature a servi d’estimateur statistique pour déterminer le modèle qui donne les meilleures prédictions de la teneur en humidité. Les résultats ont montré que le modèle de Malmquist (1959) est le mieux adapté pour les humidités relatives considérées (40 %, 52 %, 65 %, 75 % et 85 %). Néanmoins, le modèle de García donne de très bons résultats pour l’humidité relative de 85 %. Cette étude démontre que le choix des modèles dépend des températures considérées et des conditions d’humidité relative requises par l’usager.

Le modèle de transfert de masse et de chaleur proposé dans le Chapitre 4 est un modèle innovateur. En effet, sa formulation mathématique de base a été améliorée par l’addition d’un nouveau terme. Le terme de diffusion a été ajouté dans l’équation de la vapeur. Il se présente comme une alternative concrète au modèle qui considère tous les phénomènes physiques intervenant durant le pressage à chaud. Ce nouveau modèle permet en plus de prendre en considération le pressage en lot ou bien en continu. D’un point de vue physique, le gradient de teneur en humidité intervient directement lors du phénomène de diffusion ce qui n’a pas été défini auparavant. Sur le plan du calcul numérique, ce nouveau terme a eu un grand impact lors de la simulation car il a permis de stabiliser le système final proposé et de considérer les conditions aux limites imposées dans les deux cas étudiés (en lot et continu).

La résolution du système final proposé dans le Chapitre 4 est présentée au Chapitre 5. La technique des éléments finis est la base du logiciel MEF++. On a adapté les équations présentées dans le Chapitre 5 au code, nous permettant ainsi de prédire le comportement en 2-D et 3-D des variables inconnues comme la température, la pression gazeuse et la teneur en humidité. Leurs profils sont formés lors du pressage à chaud des panneaux et ils assurent la formation du profil de densité, la qualité du produit final et d’autres propriétés des panneaux. Les conditions aux limites utilisées durant la simulation sont du type Neumann non linéaires, c'est-à-dire du type convectif ou du type Dirichlet. Elles constituent un terme clé pour faire la distinction entre les deux procédés qui dépendent fortement du cycle de pressage employé. La taille des panneaux modélisés est de 11 x 460 x 560 mm3 et 27.6 x 3000 x 5000 mm3 pour les pressages en lot et en continu respectivement. Le temps de la simulation a été réglé à 300 s et des éléments quadratiques et linéaires ont été employés dans les simulations 2-D et 3-D respectivement. Les maillages construits étaient homogènes et le système final fortement non linéaire a été résolu par la méthode de Newton. Des conditions initiales ont également été imposées pour chacune des variables inconnues.

On a eu une différence entre les résultats numériques et les mesures de la pression gazeuse dans le pressage en lot. Par contre, les résultats numériques sont acceptables pour la pression gazeuse dans le cas de la presse en continu. Pour les températures et la teneur en humidité, dans les deux types de pressage modélisés ont a obtenu des très bons résultats. Il est important de noter qu’aucun facteur de correction n’a été introduit dans les valeurs des paramètres physiques pour le transfert de masse et de chaleur comme il est parfois utilisé afin d’ajuster les résultats numériques. De cette façon, on a démontré le potentiel de la méthode des éléments finis et du nouveau modèle présenté pour prédire les variables telles que la pression gazeuse, la température et la teneur en humidité lors le pressage à chaud des panneaux MDF.

On a quelques recommandations qui pourront améliorer les résultats numériques obtenus. Pour obtenir de meilleurs résultats, on a besoin de connaître les valeurs des paramètres physiques en cause dans toute la gamme de densité et de température.Néanmoins, on a noté des lacunes concernant ces valeurs qui sont fondamentales pour décrire le processus de transfert de masse et de chaleur.

Le manque de résultats sur la teneur en humidité aux hautes températures (≥ 132 ºC) pour les composites à base de bois est notable. Lorsque l’on souhaite faire une comparaison des valeurs entre teneurs en humidité ou des paramètres des modèles de sorption, l’extrapolation développée dans le Chapitre 3 est présentée comme un outil alternatif pour arriver à comparer les résultats numériques obtenus.

La valeur du coefficient de diffusion ajouté dans l’équation de la vapeur dans le Chapitre 4 est essentielle pour déterminer le mouvement de l’eau dans les panneaux sous toutes ses formes lors du procédé de pressage à chaud. Cependant, les différentes techniques de calcul ne font pas de distinction entre les états physiques de l’eau ni ne donnent avec exactitude la valeur du coefficient en fonction de la méthode.

Il reste des valeurs de conductivité thermique et de perméabilité du gaz qui n’ont pas été déterminées dans la gamme de basse densité.

Les valeurs des coefficients de transfert de masse et de chaleur hM et hP des conditions aux limites du système sont un autre défi car on ne trouve pas non plus d’information pour les températures élevées. On a détecté l’impact de ces paramètres dans les résultats numériques.

On croit qu’un grand nombre de conditions assumées durant la modélisation du pressage à chaud ne sont pas en accord avec la réalité du procédé et que cela contribue à l’écart entre le modèle numérique et les résultats expérimentaux. L’une d’elles fait référence à la variation de l’épaisseur de l’ébauche lors du pressage à chaud. Il est connu que l’épaisseur initiale de l’ébauche avant le pressage est jusqu’à six fois supérieure à l’épaisseur finale. Or cette variation a été négligée dans les modèles présentés dans la littérature.

En conséquence, il est fortement recommandé d’approfondir la recherche au cours des travaux futurs sur les cinq aspects mentionnés ci-dessus. La connaissance de ceux-ci peut faire partie des nombreuses études qui aideront à l’optimisation de l’étape de fabrication des panneaux composites à base de bois. Cette thèse ne fait qu’encourager la recherche sur ce sujet.

© Marcia Vidal Bastias, 2006