Équilibre hygrométrique

La équilibre hygrométrique ou équilibre hygroscopique ou degré d'humidité d'équilibre (en anglais, equilibrium moisture content ,EMC) d'un matériau hygroscopique entouré au moins partiellement d'air est la teneur en humidité à laquelle le matériau ne gagne ni ne perd d'humidité. La valeur de l'EMC dépend du matériau et de l'humidité relative et de la température de l'air avec lequel il est en contact. La vitesse à laquelle il s'en approche dépend des propriétés du matériau, du rapport surface/volume de sa forme et de la vitesse à laquelle l'humidité est emportée ou dirigée vers le matériau (par exemple par diffusion dans l'air stagnant ou par convection dans l'air en mouvement).

EMC du bois en fonction de l'humidité et de la température, selon l'équation Hailwood-Horrobin.

Teneur en humidité à l'équilibre des grains

La teneur en humidité des grains est une propriété essentielle dans le stockage des aliments. La teneur en eau qui est sans danger pour le stockage à long terme est de 12% pour le maïs, le sorgho, le riz et le blé et de 11% pour le soja .

À une humidité relative constante de l'air, l'EMC chutera d'environ 0,5% pour chaque augmentation de 10° C de la température de l'air.

Le tableau suivant montre les équilibres pour un certain nombre de graines. Ces valeurs ne sont que des approximations car les valeurs exactes dépendent de la variété spécifique d'un grain.

		Grain de maïs				Soja				Sorgho				Riz à grains longs				Blé dur
	°C	1.7	10.0	21.1	37.8	1.7	10.0	21.1	37.8	1.7	10.0	21.1	37.8	1.7	10.0	21.1	37.8	1.7	10.0	21.1	37.8
RH	°F	35	50	70	100	35	50	70	100	35	50	70	100	35	50	70	100	35	50	70	100
25		9.3	8.6	7.9	7.1	5.9	5.7	5.5	5.2	11.5	10.9	10.2	9.3	9.2	8.6	8.0	7.3	8.3	8.0	7.7	7.2
30		10.3	9.5	8.7	7.8	6.5	6.3	6.1	5.7	12.1	11.5	10.8	9.9	10.1	9.5	8.8	8.0	8.9	8.7	8.3	7.7
35		11.2	10.4	9.5	8.5	7.1	6.9	6.6	6.2	12.7	12.1	11.4	10.5	10.9	10.3	9.5	8.7	9.6	9.3	8.9	8.3
40		12.1	11.2	10.3	9.2	7.8	7.6	7.3	6.9	13.3	12.7	12.0	11.1	11.7	11.0	10.3	9.4	10.2	9.9	9.5	8.8
45		13.0	12.0	11.0	9.9	8.6	8.3	8.0	7.5	13.8	13.3	12.6	11.7	12.5	11.8	11.0	10.0	10.9	10.5	10.1	9.4
50		13.9	12.9	11.8	10.6	9.4	9.1	8.8	8.3	14.4	13.8	13.2	12.3	13.3	12.5	11.7	10.7	11.5	11.2	10.7	10.0
55		14.8	13.7	12.6	11.3	10.3	10.0	9.7	9.1	15.0	14.4	13.8	12.9	14.1	13.3	12.4	11.3	12.2	11.9	11.4	10.6
60		15.7	14.5	13.4	12.0	11.5	11.1	10.7	10.1	15.6	15.1	14.4	13.6	14.9	14.0	13.1	12.0	13.0	12.6	12.1	11.3
65		16.6	15.4	14.2	12.8	12.8	12.4	11.9	11.3	16.3	15.7	15.1	14.3	15.7	14.8	13.8	12.7	13.8	13.4	12.8	12.0
70		17.6	16.3	15.0	13.6	14.4	14.0	13.5	12.7	17.0	16.5	15.8	15.0	16.6	15.7	14.6	13.4	14.7	14.3	13.7	12.8
75		18.7	17.3	16.0	14.5	16.4	16.0	15.4	14.5	17.8	17.3	16.7	15.9	17.6	16.5	15.5	14.2	15.8	15.4	14.7	13.8
80		19.8	18.5	17.0	15.4	19.1	18.6	17.9	17.0	18.8	18.2	17.6	16.9	18.6	17.5	16.4	15.1	17.1	16.6	16.0	15.0
85		21.2	19.8	18.2	16.5	22.9	22.3	21.6	20.5	19.9	19.4	18.8	18.0	19.8	18.7	17.5	16.1	18.8	18.3	17.6	16.5
90		22.9	21.4	19.8	17.9	28.9	28.2	27.3	26.1	21.4	20.9	20.3	19.6	21.3	20.1	18.9	17.4	21.3	20.7	20.0	18.8

Teneur en humidité à l'équilibre du bois

La teneur en humidité du bois en dessous du point de saturation des fibres est fonction à la fois de l'humidité relative et de la température de l'air ambiant. La teneur en humidité (M) du bois est définie comme:

$M={\frac {m-m_{od}}{m_{od}}}$

où m est la masse du bois (avec humidité) et $m_{od}$ est la masse de bois anhydre (c'est-à-dire séchée en étuve de la boratoire). Si le bois est placé dans un environnement à une température et une humidité relative particulières, sa teneur en humidité commencera généralement à changer avec le temps, jusqu'à ce qu'il soit finalement en équilibre avec son environnement, et que la teneur en humidité ne change plus avec le temps. Cette teneur en humidité est l'EMC du bois pour cette température et cette humidité relative.

L'équation Hailwood-Horrobin pour deux hydrates est souvent utilisée pour approximer la relation entre l'EMC, la température (T) et l'humidité relative (h) :

$M_{\mathrm {eq} }={\frac {1800}{W}}\left[{\frac {kh}{1-kh}}\,+\,{\frac {k_{1}kh+2k_{1}k_{2}k^{2}h^{2}}{1+k_{1}kh+k_{1}k_{2}k^{2}h^{2}}}\right]$

où M _eq est la teneur en humidité à l'équilibre (en pourcentage), T est la température (degrés Fahrenheit), h est l'humidité relative (fractionnelle) et:

$W=330+0.452\,T+0.00415\,T^{2}$

$k=0.791+4.63\times 10^{-4}\,T-8.44\times 10^{-7}\,T^{2}$

$k_{1}=6.34+7.75\times 10^{-4}\,T-9.35\times 10^{-5}\,T^{2}$

$k_{2}=1.09+2.84\times 10^{-2}\,T-9.04\times 10^{-5}\,T^{2}$

Cette équation ne tient pas compte des légères variations avec les essences de bois, l'état des contraintes mécaniques et /ou l'hystérésis. C'est un ajustement empirique aux données tabulées fournies dans la même référence, et est en accord étroit avec les données tabulées. Par exemple, à T = 140 ° F, h = 0,55, EMC = 8,4% de l'équation ci-dessus, tandis qu'EMC = 8,0% des données tabulées.

Teneur en humidité à l'équilibre des sables, des sols et des matériaux de construction

Les matériaux tels que la pierre, le sable et la céramique sont considérés comme « secs » et ont une teneur en humidité d'équilibre beaucoup plus faible que les matériaux organiques comme le bois et le cuir. typiquement une fraction d'un pour cent en poids en équilibre d'air de 10% à 90% d' humidité relative. Cela affecte le taux de séchage des bâtiments après la construction, les ciments typiques commençant par une teneur en eau de 40 à 60%. Ceci est également important pour les matériaux de construction tels que les enduits armés par des matériaux organiques, car des changements modestes dans le contenu de différents types de paille et de copeaux de bois ont une influence significative sur la teneur en humidité globale.

Bibliographie

• R. Bruce Hoadley, Understanding Wood: A Craftsman’s Guide to Wood Technology, 2nd., 2000 [[[ 2000|détail de l’édition]]] (ISBN 1-56158-358-8)
• Wood Handbook: Wood as an Engineering Material, 2010, 4-3–4-4 [[[ 2010|détail de l’édition]]] (lire en ligne)

Liens externes

• « The Who, Why, When and How of Moisture Equilibration », Image Permanence Institute, Rochester Institute of Technology (consulté le 7 octobre 2013)