Histoire des humidimètres pour bois

Humidimètre à bois à broches

Même avant que la science de la relation du bois avec l’humidité ne soit bien comprise, les menuisiers devaient tenir compte de la façon dont l’humidité affecterait leurs matériaux.

Heureusement, nous connaissons aujourd'hui bien les propriétés hygroscopiques du bois. Nous avons donc pu utiliser ces connaissances pour concevoir des humidimètres pour bois capables de nous fournir des données quantifiables sur l'état d'humidité d'un morceau de bois. Au fur et à mesure que notre compréhension collective a progressé, les méthodes de test ont également évolué.

Il existe aujourd'hui deux principaux types d'humidimètres portatifs pour le bois : avec ou sans broches. Chacun d'entre eux repose sur des propriétés électriques différentes qui sont affectées par la quantité d'humidité contenue dans le bois mesuré, que nous explorerons en détail plus loin dans cet article.

Pour l'instant, il suffit de dire que les compteurs à broches utilisent deux électrodes en forme de clou qui s'insèrent dans le bois et mesurent le courant qui circule entre elles. Les compteurs sans broches utilisent des plaques de capteur qui reposent à plat sur la surface du bois et mesurent le comportement d'une onde électrique qu'elles envoient à travers le bois.

Sans entrer dans les détails scientifiques de chaque type d'humidimètre, les différences les plus évidentes entre eux sont ce qu'ils font au bois mesuré et leur facilité d'utilisation.

Les mesureurs à pointe laissent des trous dans le bois mesuré. Ils sont donc utiles pour évaluer la teneur en humidité du bois de chauffage ou des morceaux de bois, où le fait de laisser plusieurs trous n'aura pas d'impact négatif sur l'intégrité structurelle ou l'esthétique du produit final.

En revanche, les appareils de mesure sans contact ne laissent aucun marqueur physique derrière eux. Ils ne peuvent être utilisés que sur du bois plat et le plan entier du capteur doit rester en contact avec le bois pendant une mesure.

Humidimètre intelligent sans broches pour bois Orion 950

Le fait d'avoir à insérer ou à enfoncer des broches lors de l'utilisation d'un appareil de mesure de l'humidité du bois entraîne une lenteur dans le travail de mesure. Insérer les broches à la bonne profondeur, les retirer et s'assurer qu'elles restent en bon état pour effectuer une mesure prend du temps.

Par conséquent, lorsque vous devez évaluer l'état d'humidité d'une grande pièce ou d'un grand lot de bois, vous devez investir beaucoup de temps. Le scénario le plus probable est que vous effectuerez simplement moins de mesures. L'un prolongera les délais et les coûts du projet, tandis que l'autre signifie que vous prendrez des décisions avec moins de points de données pour vous guider.

Vous pouvez travailler beaucoup plus efficacement avec des compteurs sans broche, car ils nécessitent moins d'effort physique à utiliser et ne sont pas aussi vulnérables aux dommages physiques que les électrodes à broche.

Mais c'est là où nous en sommes aujourd'hui. Les humidimètres électriques ont près de 100 ans d'histoire. Il est intéressant de noter qu'ils s'appuient toujours sur une méthode encore plus ancienne – le séchage au four – pour valider leur précision. Pour comprendre le fonctionnement des humidimètres à bois portables d'aujourd'hui, il vaut la peine de se pencher sur l'évolution de la technologie sur laquelle ils s'appuient.

Les méthodes de séchage au four sont la référence absolue pour mesurer l'humidité du bois

La première méthode utilisée pour sécher le bois est le séchage à l’air libre ou « séchage par intempéries ». Cela prend du temps. Le bois était souvent laissé pendant des années avant d’être utilisé. Les premières tentatives pour accélérer le processus de séchage ont donné lieu à la construction de divers types de « séchoirs ». Il s’agissait de structures simples posées sur des caves creusées dans des abris, dans lesquelles se trouvait un four en briques ou en tuiles.

Aux États-Unis, l’utilisation de « séchoirs » n’était pas la norme, en partie parce qu’ils présentaient un risque d’incendie énorme. Des expériences avec des tuyaux à vapeur furent menées dans les années 1850, mais elles ne se déroulèrent pas bien. Finalement, les premiers séchoirs à bois efficaces, des chambres de séchage dotées d’une certaine isolation thermique, firent leur apparition dans le Midwest dans les années 1870.

À force d’essais et d’erreurs, les opérateurs de séchoirs ont découvert que le séchage du bois à basse température avec circulation d’air produisait de meilleurs résultats que le séchage à haute température. Finalement, la méthode d’essais et d’erreurs des entreprises cherchant à minimiser les temps de séchage tout en maximisant les rendements a reçu l’aide des scientifiques et des chercheurs. Grâce à la recherche scientifique, les chercheurs ont commencé à découvrir et à valider une large gamme de propriétés physiques du bois. Certaines de leurs découvertes comprenaient la compréhension de la structure cellulaire et des propriétés chimiques du bois.

Cela a permis de comprendre comment les différences physiques entre les espèces de bois, et même entre les mêmes espèces cultivées dans des endroits différents, ont un impact sur le processus de séchage du bois.

Grâce à l'essor de la recherche sur le bois, les scientifiques ont développé une formule permettant de spécifier la teneur en humidité d'un morceau de bois en fonction de son poids et exprimée en pourcentage.

Teneur en humidité (TM) = (poids de départ – poids sec au four) / poids sec au four * 100

La méthode de séchage au four permet ainsi de mesurer directement la teneur en humidité d'un morceau de bois. Si vous disposez d'un four de séchage du bois, vous pouvez peser le bois avant et après son passage dans le four. ASTM D4442 (méthode d'essai standard pour la mesure directe de la teneur en humidité du bois et des matériaux à base de bois) stipule que le séchage au four offre « le degré de précision le plus élevé » et constitue « la norme de référence (principale) pour déterminer la teneur en humidité du bois et des matériaux à base de bois ».

Par conséquent, le séchage du bois au four conformément à la norme ASTM D4442 est utilisé comme point de référence pour l'étalonnage des humidimètres portatifs par ASTM D4444 (méthode d'essai standard pour la normalisation et l'étalonnage en laboratoire des humidimètres portables).

Les humidimètres portables permettent de mesurer indirectement l'humidité. L'eau étant conductrice d'électricité, les humidimètres portables collectent des données sur le comportement des courants électriques ou des ondes dans un morceau de bois. Ces données sont ensuite utilisées, avec d'autres points de données pertinents, pour calculer la teneur en humidité du bois.

Evolution des humidimètres électriques pour le bois

L’humanité sait depuis longtemps que le bois contient de l’humidité, qu’il sèche et peut réabsorber l’humidité au contact de l’eau. En réalité, les scientifiques connaissent également la relation entre l’eau et l’électricité depuis presque le moment où l’électricité a été découverte. Plus précisément, ils savaient que l'eau conduit l'électricité, même si le processus chimique spécifique qui se produit dans l'eau lorsqu'elle laisse passer des charges électriques a été documenté plus récemment.

Les chercheurs ont validé pour la première fois l’idée que nous pouvions utiliser les propriétés électriques du bois pour mesurer sa teneur en humidité à la fin des années 1920. L’un des premiers humidimètres électriques portables pour le bois dont nous avons trouvé la documentation est un humidimètre de type « clignotant », datant de 1927. Cet humidimètre était doté d’une lampe au néon fixée à un condensateur, qui était en contact avec le bois. Le condensateur absorbait la charge qui traversait le bois. Lorsque le condensateur était complètement chargé, la lampe au néon s’allumait brièvement. Plus le condensateur se rechargeait rapidement, plus la lampe clignotait rapidement.

La vitesse à laquelle le condensateur pouvait se recharger dépendait de la résistance du bois. Comme l'humidité conduit l'électricité, plus le bois contient d'humidité, plus vite le condensateur atteignait une charge complète. Si la résistance du bois était élevée (c'est-à-dire si l'humidité était faible), la lampe clignotait lentement.

Au cours des dix années suivantes, un nouveau type d'humidimètre électrique a été développé : un hygromètre à tube à vide. Cet hygromètre utilisait un voltmètre à tube à vide dans le cadre d'un circuit en pont de Wheatstone, qui utilise une résistance pour mesurer la teneur en bois mesurée. L'hygromètre à tube à vide est le précurseur direct des hygromètres à résistance utilisés aujourd'hui.

Au milieu des années 1940, des appareils de mesure à broches étaient disponibles dans le commerce. Ils fonctionnaient (et fonctionnent toujours) en mesurant le flux de courant électrique entre des sondes insérées dans le bois. Comme pour les premiers appareils de mesure à clignotant, plus le courant circulait entre les sondes, plus le taux d'humidité était faible.

Sans la conductivité d'un taux d'humidité élevé, le bois sec présentait une résistance qui éliminait presque totalement le passage du courant. Certains des premiers humidimètres à broches utilisaient quatre sondes. Les humidimètres à broches modernes ne nécessitent que deux sondes.

À l’époque où les appareils de mesure de la résistance arrivaient sur le marché, les chercheurs étudiaient également la manière dont les propriétés diélectriques pouvaient être utilisées pour mesurer l’humidité du bois. Les matériaux diélectriques peuvent transmettre des courants électriques sans être eux-mêmes conducteurs. Ces recherches ont finalement abouti à deux autres types de méthodes de test de l’humidité du bois qui fonctionnent selon deux principes diélectriques différents.

Sans entrer dans les détails de l'électrotechnique, ces deux types de compteurs diélectriques utilisent des ondes radio pour mesurer les niveaux d'humidité. Le type de compteur à perte de puissance examine la quantité d'énergie électromagnétique perdue, qui est corrélée aux niveaux d'humidité. L'humidimètre à capacité adopte l'approche opposée. Il examine la quantité d'énergie électrique pouvant être stockée. Ce qu'ils ont en commun, sur le plan pratique, c'est qu'aucun des deux ne nécessite de broches pour percer la surface du bois.

Au lieu de cela, ils utilisent des plaques de détection qui émettent une fréquence radio à travers le bois. Le Forest Products Laboratory (FPL) du ministère américain de l'Agriculture avait développé une machine de type capacitif pour mesurer les niveaux d'humidité du bois, mais elle n'était pas disponible dans le commerce. À cette époque, de nombreux fabricants vendaient des humidimètres à broches.

L'ère moderne des humidimètres électriques pour le bois

Au début des années 1960, il n'existait sur le marché qu'un seul humidimètre à perte de puissance. À cette époque, Delmer Wagner, le fondateur de Wagner Meters, travaillait comme électricien dans une scierie de l'Oregon. La scierie utilisait un détecteur d'humidité en ligne à tube à vide de grande taille et peu maniable.

Pour construire un humidimètre à la fois plus petit et plus facile à calibrer, Delmer a conçu le premier humidimètre en ligne. Ce système de mesure de l'humidité en ligne utilisait des transistors pour mesurer l'humidité. Delmer a finalement quitté la scierie et, en 1965, a fondé Wagner Electronics (connue aujourd'hui sous le nom de Wagner Meters), qui fabriquait des humidimètres en ligne pour l'industrie du bois.

À la fin des années 1980, presque tous les humidimètres portatifs pour bois commercialisés étaient des humidimètres à pointe. Cependant, ces nouveaux humidimètres sans pointe étaient encore assez volumineux, difficiles à étalonner et trop sensibles aux conditions ambiantes. Par conséquent, le marché des humidimètres à pointe a prospéré, alors qu'il existait très peu d'humidimètres sans pointe.

Dans les années 1990, Wagner Meters a entrepris de développer un humidimètre à bois sans contact qui résoudrait les défauts des humidimètres sans contact alors vendus sur le marché. La première gamme d'humidimètres sans contact portatifs de Wagner Meters était dotée d'un circuit amélioré utilisant des ondes électromagnétiques qui permettaient des mesures d'humidité plus précises.

De plus, le circuit était moins sensible à la température ambiante et à celle du bois. Wagner Meters a également pu réduire considérablement la taille de l'humidimètre portatif par rapport à ce qui était actuellement disponible sur le marché. Les humidimètres sans contact des autres fabricants pesaient généralement au moins 10 livres. Les humidimètres d'origine étaient conçus pour les scieries, mais Wagner Meters en a ajouté un conçu explicitement pour les menuisiers au milieu des années 1990.

La gamme originale d'humidimètres sans contact Wagner était analogique. La gamme analogique a été remplacée par une gamme d'humidimètres sans contact numériques au début des années 2000. Ces appareils utilisaient des microprocesseurs, de sorte que la taille de l'humidimètre portatif Wagner a continué de diminuer. À cette époque, de nombreuses études avaient validé que Les humidimètres sans broche Wagner fournissent des mesures plus précises que les humidimètres à broche.

Ces études sont importantes car elles ont démenti l'hypothèse répandue selon laquelle les humidimètres à broches étaient plus précis que les humidimètres sans broches. Les technologies fondamentales utilisées dans les humidimètres à broches et sans broches restent inchangées. Aujourd'hui, la plupart des avancées dans les humidimètres du bois se concentrent sur les fonctionnalités à valeur ajoutée intégrées aux humidimètres et aux services associés.

La gamme Orion d'humidimètres numériques sans broche pour le bois.

En conséquence, Wagner nouvelle gamme d'humidimètres pour bois, l'Orion®, comprend de nouvelles fonctionnalités sophistiquées qui facilitent la vie des menuisiers.

Par exemple, les compteurs Orion sont les seuls du marché à pouvoir être étalonnés sur site à l'aide du calibrateur à la demande fourni avec chaque compteur Orion. Tous les autres compteurs portables doivent être envoyés au fabricant pour un étalonnage en usine, ce qui coûte du temps et de l'argent.

Certaines des fonctionnalités à valeur ajoutée les plus utiles améliorent la collecte et la gestion des données du compteur. connaître le point d'équilibre de la teneur en humidité (EMC) du lieu d'utilisation est si essentiel pour protéger le bois contre les futurs dommages liés à l'humidité, la fonctionnalité de l'Orion 950 inclut le calcul de l'EMC pour les utilisateurs.

Le compteur sans contact collecte une température ambiante et une humidité relative qu'il utilise pour calculer la CEM. Cette CEM peut ensuite être utilisée comme « teneur en humidité cible » pour le projet sur lequel vous travaillez, ou être utilisée pour prédire les schémas de séchage. Les calculs CEM basés sur un humidimètre soulagent les utilisateurs des tracas et de l'incertitude liés au calcul de la CEM eux-mêmes.

Les humidimètres sans contact se révèlent plus précis et fiables que les humidimètres à contact

Bien que les humidimètres à broches et sans broches fonctionnent tous deux sur la façon dont les propriétés électriques fonctionnent sur le bois, ils examinent chacun des propriétés différentes. En termes simples, les humidimètres à broches réagissent aux propriétés chimiques d'un bois, et les humidimètres sans broches réagissent à la gravité spécifique du bois.

La composition chimique et la densité d'un morceau de bois varient selon l'essence de bois. C'est la raison pour laquelle les deux appareils nécessitent un réglage en fonction de l'essence mesurée pour obtenir une mesure précise de l'humidité.

Selon la FPL, certains facteurs qui influent sur la précision d'un relevé d'humidimètre sont les conditions météorologiques, le contact des électrodes, la température du bois et la compétence de l'opérateur. Bon nombre de ces facteurs affectent plus facilement les humidimètres à broches que les humidimètres sans broches. Des études ont montré que les humidimètres sans broches sont souvent plus précis et fiables que les humidimètres à résistance.

Par exemple, les thermomètres à broches sont très sensibles à la température du bois, ce qui peut nuire à l'obtention d'une mesure précise. Si la température de l'air est très éloignée de cette marque dans un sens ou dans l'autre, l'opérateur doit ajuster les mesures du thermomètre en fonction de la température exacte de l'air à l'endroit où elles ont été prises.

Le réglage de la température du bois n'est qu'un des moyens par lesquels la compétence subjective de l'opérateur peut influer sur la précision d'un appareil de mesure à pointe. Les appareils de mesure à pointe nécessitent également une compétence précise de l'opérateur pour garantir que les deux électrodes sont correctement enfoncées dans le bois et à la bonne profondeur. Sans un alignement ou une profondeur appropriés, les électrodes peuvent ne pas mesurer l'humidité avec précision pour le niveau d'humidité de cet endroit.

La compétence la plus critique de l'opérateur lors de la mise en place d'un humidimètre sans broche est simplement de s'assurer que les plaques du capteur reposent à plat sur la surface du bois.

Pour cette raison, les appareils de mesure sans contact ne sont généralement pas utilisables sur le bois de chauffage. Sinon, l'expérience d'utilisation rapide et facile de l'appareil de mesure sans contact signifie que les menuisiers prennent généralement plus de mesures avec lui qu'avec les appareils de mesure sans contact. Le fait de disposer de plus de données sur le niveau d'humidité fournit une image plus précise de l'état d'humidité d'un lot de bois.

Téléchargement gratuit – Un humidimètre à broche ou sans broche est-il le meilleur pour vous ?

L'histoire des humidimètres pour bois : des essais et erreurs à un outil essentiel pour le travail du bois

L'industrie du bois s'est développée rapidement avec la révolution industrielle au XIXe siècle. Il est donc logique que les scieries aient cherché des moyens d'accélérer le processus de séchage sans détruire le bois. Leur méthodologie d'essais et d'erreurs, ainsi que leurs connaissances anecdotiques du séchage par temps froid, les ont aidées à innover.

Ils ont réalisé comment la circulation de l’air permettait d’optimiser les rendements en permettant d’utiliser des températures plus basses pour sécher le bois. Ils ont observé comment différentes essences de bois réagissaient dans des circonstances similaires. Leurs explorations pratiques ont constitué le fondement de la science formalisée du bois.

Les compteurs Orion de Wagner Meters sont les seuls compteurs d'humidité du bois sans broche disponibles qui peuvent être véritablement étalonnés sur le terrain au lieu d'être renvoyés à l'usine pour un réétalonnage.

Grâce à la rigueur des recherches scientifiques et universitaires, notre compréhension des propriétés physiques et mécaniques du bois s'est considérablement améliorée au cours du XXe siècle. Grâce à ces recherches, l'industrie a pu préciser comment l'humidité se déplace dans le bois et comment une humidité excessive affecte négativement le bois.

Pour boucler la boucle, l’industrie du bois a utilisé les contributions de la science du bois pour développer les outils nécessaires pour mesurer la teneur en humidité du bois, directement et indirectement, avec un degré élevé de précision.

À mesure que la science du bois a révélé davantage de choses sur l’interaction entre l’humidité et l’électricité dans le bois, les fabricants d’humidimètres ont utilisé ces avancées pour concevoir et construire des humidimètres commercialement viables, en particulier l’humidimètre portatif.

Grâce à des humidimètres à bois portables fiables et précis, chaque menuisier, de l'exploitant d'une scierie au bricoleur amateur, a la possibilité de prendre des décisions éclairées sur le moment où le bois est prêt à passer à l'étape suivante de son parcours vers l'utilisation prévue. En tant qu'outil aussi puissant, les humidimètres à bois sont désormais un incontournable pour presque tous les menuisiers, ce qui soulève la question de savoir pourquoi ils ne sont pas utilisés par tous les menuisiers.

En effet, maintenant que tout le monde peut accéder à des informations précises sur l’état d’humidité du bois grâce à un humidimètre portatif, il est de sa responsabilité de le faire.

Tony Morgan

Tony Morgan est technicien supérieur chez Wagner Meters, où il fait partie d'une équipe chargée des tests de produits, du développement, ainsi que du service client et de la formation pour les produits de mesure d'humidité. Outre 19 ans d'expérience sur le terrain auprès de plusieurs entreprises d'électronique, Tony est titulaire d'un baccalauréat en gestion et d'un AAS en technologie électronique.

Dernière mise à jour le 10 janvier 2025