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Le bois et l’humidité

Le bois et l’humidité

Le bois est un matériau vivant qui réagit à l’eau et aux variations du taux d’humidité de l’air ambiant.Cette capacité du bois à absorberou à libérer une certaine quantité d’eau selon la température et l’humidité relative de l’air est appelée hygroscopicité et constitue une caractéristique majeure de ce matériau. Ce phénomène engendre des changements de dimensions appelés retrait et gonflement. De plus, l’humidité peut également être responsable de la pourriture du bois lorsque d’autres conditions environnantes sont présentes.

  • La teneur en humidité du bois
  • Le retrait et le gonflement
  • Reconnaître les signes de dégradation fongique
  • L’humidité à l’intérieur du bâtiment
  • L’humidité à l’extérieur du bâtiment

 

La teneur en humidité du bois

La teneur en humidité est le rapport exprimé en pourcentage de la masse de l’eau présente dans le bois sur la masse du bois anhydre (sec).Le bois est dit « vert » ou « humide » quand sa teneur en humidité est supérieure à 19 % et « sec » lorsqu’elle est inférieure.

Le bois sec a de meilleures propriétés mécaniques que le bois humide. Les valeurs de résistance publiées dans la norme CSA O86 sont toujours les résistances à l’état sec. C’est pour cette raison que lorsque le bois est utilisé en condition humide, il faut pondérer à la baisse la valeur de résistance avec le Ks. Ce facteur est variable en fonction de la direction de chargement.

Les normes de fabrication du bois d’œuvre et du bois d’ingénierie exigent d’ailleurs des manufacturiers un contrôle rigoureux de l’humidité.

Teneurs en humidité requises pour les différents produits du bois


Produits


Norme de fabrication


Teneur en humidité requise à la fabrication


Bois de sciage


NLGA


H ≤ 19 %


Bois lamellé-collé


CSA 0122


7% ≤ H ≤ 15 %


Bois lamellé-croisé (CLT)


PRG 320


9% ≤ H ≤ 15 %


Panneaux OSB


PS-2


H ≤ 16 %1


Panneaux contreplaqués


PS-1


H ≤ 18 %1


Bois de charpente composite (LVL, PSL, LSL, OSL)


Produits propriétaires


H ≤ 10 %


Revêtements extérieurs


Produits propriétaires



1En raison des procédés de fabrication, les panneaux OSB et contreplaqués sont fabriqués à une humidité entre 4 % et 8 %.

 

L’hygroscopicité est le phénomène selon lequel la teneur en humidité du bois varie en fonction des conditions d’humidité relative et de température de l’air ambiant. Au bout d’un moment, dans des conditions climatiques stables, les échanges d’humidité entre le bois et l’air cessent : le bois atteint alors ce que l’on appelle sa teneur en humidité à l’équilibre (THÉ). Ce phénomène est bien documenté et répond à la courbe ci-dessous.

À l’intérieur d’un bâtiment chauffé (à 21°C), l’humidité relative se situe généralement entre 45 % et 65 %, dépendamment des saisons. À ces conditions climatiques, la teneur en humidité d’équilibre du bois oscille entre 8 % et 12 %.

À l’extérieur, la variation de température et d’humidité relative est beaucoup plus importante. Selon la saison et la situation géographique du bâtiment, la teneur en humidité d’équilibre du bois oscille entre 11 % et 16 %.

Le retrait et le gonflement

Le retrait et le gonflement sont les changements dimensionnels du bois qui se produisent en fonction de sa teneur en humidité, et donc, de la quantité d’eau présente dans ses cellules.

Le bois contient de l’eau sous deux formes. Lorsque la teneur en humidité est maximale, il y a présence d’eau absorbée à l’intérieur des parois cellulaires ainsi que de l’eau libre dans les vides à l’intérieur des cellules. Quand le bois sèche,l’eau libre à l’intérieur des cavités cellulaires s’évapore en premierjusqu’à l’obtention du taux d’humidité correspondant au point de saturation des fibres (PSF). Le PSFcorrespond au degré d’humidité où toute l’eau libre est extraite du bois, mais où les parois des cellules en sont encore saturées. Il se situe à une teneur en humidité d’environ 30 % pour la plupart des essences de bois.

En dessous du point de saturation des fibres, le bois perd ou absorbe de l’humidité jusqu’à ce que la teneur en humidité soit en équilibre avec celle de l’air ambiant. Les dimensions du bois vont alors varier : en perdant de l’humidité, le bois va se rétracter (retrait) alors qu’en absorbant de l’humidité, il gonflera (gonflement).Par contre, au-dessus du point de saturation des fibres, il ne se produit plus de changement dimensionnel du bois(gonflement).

En raison de l’agencement des cellules dans la structure microscopique du bois, le retrait dans le sens radial et tangentiel est beaucoup plus important que dans le sens longitudinal, qui lui, est presque nul.

Le Code de construction du Québec exige que la teneur en humidité des éléments d’ossature en bois n’excède pas 19% au moment de leur mise en œuvre. Il est important que cette teneur en humidité soit respectée afin de minimiser le retrait potentiel d’un bâtiment.C’est l’avantage des produits d’ingénierie fabriqués à une teneur en humidité très proche de la teneur en humidité à l’équilibre en service dans un bâtiment : on minimise ainsi le retrait.

Le phénomène de retrait et de gonflement est aussi responsable des changements de forme (gauchissement) et des contraintes internes qui résulteront en gerces ou en fentes. Le bois étant une matière anisotrope —c’est-à-dire, qu’elle présente des propriétés différentes selon la direction—,le mécanisme de migration de l’eau est différent selon le plan : il est environ 50 fois plus rapide dans le plan longitudinal que dans le plan transversal. Donc, dépendamment du patron de débitage, une pièce peut gauchir selon certains patrons :

Les gerces et les fentes, quant à elles, sont la conséquence des contraintes internes à l’intérieur de la section résultant du retrait inégaldes faces ou des rives d’une pièce. L’eau migre toujours de l’intérieur vers l’extérieur : c’est pour cette raison que le centre des pièces est plus humide que la surface. Le gradient d’humidité, c’est-à-dire la différence entre l’humidité au centre et celle à la surface, doit demeurer suffisamment faible pour éviter que l’effort de traction perpendiculaire au fil ne surpasse pas la résistance du bois. Pour prévenir ces problèmes, il est recommandé d’éviter les changements drastiques des conditions ambiantes qui pourraient assécher rapidement la surface du bois, créant ainsi une forte contrainte interne.

Reconnaître les signes de dégradation fongique

Il est d’abord important de faire la distinction entre les colorations, les moisissures et les pourritures, puisqu’elles ne se forment pas toutes ni affectent le bois de la même façon.

La coloration et la moisissure sont des altérations superficielles du bois. Celles-ci sont provoquées par le développement de spores de champignon qui apparaissent sur la surface du bois en présence de conditions humides. Ces types d’altérations n’ont pas d’effet sur l’intégrité des propriétés mécaniques et physiques du bois, outre sa couleur. Elles peuvent se manifester, par exemple, par un noircissement du bois en surface. La moisissure n’est pas uniquement liée à la présence de bois, car elle peut aussi, entre autres, se développer sur la poussière se retrouvant sur les différents matériaux. Bien que les spores n’aient pas d’effet sur le bois, ceux-ci sont volatils et peuvent nuire à la qualité de l’air ambiant, ce qui peut poser un problème pour les occupants des bâtiments ou les personnes en contact avec le bois affecté. Les tests de qualité de l’air de Santé Canada permettent de détecter les taux de moisissures dans l’air et de déterminer leur niveau de danger.

La pourriture, quant à elle, est causée par la présence de champignons qui dégradent la lignine dans la structure cellulaire du bois. La pourriture a lieu dans des milieux très humides. Cette grave détérioration affecte l’intégrité du bois et peut remettre en question la fiabilité structurale de l’élément. Le tableau 6 présente les conditions d’humidité et de température favorisant le développement de champignons sur le bois.

En utilisant du bois sec (H ≤ 19%), on empêche de créer les conditions propices à la croissance de moisissures et de pourritures. Toutefois, il est important de se rappeler que les conditions d’utilisations ou encore d’entreposage peuvent faire augmenter l’humidité du bois et ainsi créer des problèmes de dégradation fongique. L’équipe de projet doit donc prendre en compte la susceptibilité du bois à l’humidité au moment de la conception et de la réalisation du bâtiment.

L’humidité à l’intérieur du bâtiment

En règle générale, le bois qui a été séché dans le but de faire correspondre sa teneur en humidité à celle de son environnement de service ne devrait pas présenter de changement dimensionnel important, développer de moisissure ou de pourriture ou encore se dégrader de façon accélérée s’il est utilisé à l’intérieur d’un bâtiment. En effet, à l’intérieur d’un bâtiment chauffé (à 21°C), l’humidité relative au Québec se situe généralement entre 45 % et 65 %, dépendamment des saisons. À ces conditions climatiques, on voit que la teneur en humidité d’équilibre du bois oscille entre 8 % et 12 %, donc loin du 18 % nécessaire au développement de moisissures.

Cependant, certaines situations particulières font en sorte que le bois peut se retrouver exposé à un taux d’humidité plus important.À l’intérieur, les sources potentielles d’apport d’humidité sont surtout reliées à l’utilisation du bâtiment. Voici quelques exemples ainsi que les détails de conception à prévoir en fonction du type de bâtiment :

Dans les bâtiments institutionnels (par exemple : les écoles et les centres communautaires)

Il est important de prévoir des pieds de colonne relevés de quelques centimètres pour éviter que les activités de nettoyage de plancher entraînent de l’eau sur le bois.

Dans un bâtiment industriel (par exemple : un garage) 

On se doit de protéger le bois ou de s’assurer que ce dernier sèche rapidement là où il y a un potentiel d’infiltration d’eau, par exemple, aux endroits où les équipements sont nettoyés. Il est donc important de bien ventiler ces espaces et d’ajouter des déshumidificateurs au besoin.

Dans un bâtiment où il y a constamment une source d’eau (par exemple : piscines ou arénas)

L’expérience montre qu’avec un système de ventilation et de déshumidification standard, il n’y a aucun problème à utiliser le bois comme matériau structural.


Le bois : un matériau adapté aux piscines et aux arénas

En raison de sa faible conductivité thermique, le bois est un matériau de choix pour réduire les risques de condensation dans les environnements où le taux d’humidité est plus élevé, comme dans les piscines

intérieures et les arénas. Dans ces endroits, la norme ASHRAE stipule que le niveau d’humidité relative doit se situer entre 50 et 60 %. Si ce taux est élevé, il est toutefois insuffisant pour que la moisissure se forme sur les éléments structuraux en bois. En effet, à une humidité relative de 75 % et une température de 21 °C, la teneur en eau d’équilibre du bois lamellé-collé restera à environ 15 %, soit sa teneur en humidité approximative au moment de la fabrication. Pour que des problèmes de pourriture apparaissent à cette température, il faudrait atteindre un niveau d’humidité ambiant supérieur à 95 %.

La condensation non contrôlée sur une verrière ou un problème important au niveau de la ventilation pourrait en être la cause. Autre avantage : le bois n’est pas affecté par les produits chimiques, comme le chlore, qui sont fréquemment utilisés pour le traitement de l’eau des piscines.


 

Parmi les autres mesures préventives qui peuvent éviter bien des problèmes d’humidité, mentionnons :

  • Éviter les remontées d’humidité des fondations en faisant de bons détails lors de la conception;
  • Éviter de tremper le bois dans le béton et ainsi créer une trappe à humidité;
  • Prévoir la condensation qui pourrait avoir lieu dans un bâtiment.

Les fenêtres, et plus particulièrement les puits de lumières, sont des endroits susceptibles de recevoir de la condensation. En soi, la condensation n’est pas problématique et est, dans certains cas, inévitable. L’important est que cet apport d’eau soit géré efficacement avec les principes mentionnés précédemment.

Il est également important pour la durabilité des éléments en bois de prévoir le comportement du bâtiment selon les conditions d’utilisation. Par exemple, lors de la fabrication de la glace dans un aréna, il y a un grand apport d’eau pour former la patinoire. Si la glace est réalisée en été, alors que la température extérieure est élevée et que l’intérieur doit être climatisé pour refroidir la surface, on doit s’attendre à une importante quantité de condensation et de vapeur d’eau. Ces apports en humidité doivent être gérés par les équipements prévus à cet effet, comme un bon système de ventilation et des déshumidificateurs, sans quoi les membrures de bois seront exposées à des sources d’humidité et se dégraderont plus rapidement.


Doit-on appliquer un produit de protection sur les produits du bois utilisés à l’intérieur?

Les éléments structuraux et architecturaux utilisés à l’intérieur sont des éléments qui ont été conditionnés et qui sont très peu exposés aux intempéries, ce qui fait qu’ils ne nécessitent pas de protection. L’application d’un produit, dans ce cas un produit de finition et non de protection, servira soit dans une optique purement esthétique, soit pour améliorer la longévité d’un revêtement intérieur en bois soumis à des passages fréquents (par exemple, les planchers).


 

L’humidité à l’extérieur du bâtiment

À l’extérieur, la variation de température et d’humidité relative est beaucoup plus importante. Selon la saison et la situation géographique du bâtiment, la teneur en humidité d’équilibre du bois oscille entre 11 % et 16 %. Il est à noter que sous 0°C, l’eau gèle, si bien que théoriquement, il n’y a plus de flux d’humidité possible à travers le bois.

D’autre part, il n’y a pas seulement l’humidité de l’air qui peut affecter la teneur d’équilibre du bois : l’eau liquide aussi. Surtout au printemps, la fonte des neiges peut apporter son lot d’humidité supplémentaire. En contact direct sur un élément de bois, l’eau finira par pénétrer dans sa structure cellulaire, augmentant ainsi la teneur en humidité à l’équilibre de l’élément. Au Québec, il est aussi important de penser aux accumulations de neige sur le bois non protégé. La neige poussée par le vent peut se retrouver à des endroits où la pluie n’irait pas normalement, puis, le printemps venu, cette neige fond et amènera de l’eau à un endroit non désiré.

Aussi, si l’apparition de gerces et de fissures ne cause généralement pas de problème d’intégrité structurale, ces dernières peuvent toutefois devenir des endroits où l’eau peut s’accumuler. Cette eau augmentera la THÉ du bois et causera ultimement des problèmes de dégradation fongique. Le problème peut aussi être accentué avec les cycles de gel-dégel que nous avons au Québec.

Pour en savoir plus :

„  Comment assurer la durabilité des éléments extérieurs en bois