choisir et faire sécher son bois de menuiserie

Une maxime à retenir: "Le bois ne sèche pas, il se met en équilibre hygrométrique avec l'air ambiant."

Choisir son essence pour travailler le bois pour construire un orgue de barbarie ou fabriquer des casse-tête, est plus une histoire de goût et de disponibilité qu'une nécessité imposée par la technique et même par une soi-disant tradition. Que ce soit pour la menuiserie de la caisse ou pour les parties d'un orgue comme les flûtes ou la soufflerie, la question est récurrente sur les forums et les réponses sont généralement constantes et conformes à cet article (ou réciproquement cet article est conforme aux réponses sur les forums).

Pour les casse-tête il faut que le produit final fonctionne pour le montage et le démontage quelques soit le taux d'humidité selon les époques de l'année lors de l'utilisation, il faut donc le construire avec un taux moyen et des jeux plus ou moins lâche ou serrés en prévision des changements futurs, c'est tout autant une question de pratique que de calcul.

En effet même si certains constructeurs professionnels affirment qu'ils sont capables de reconnaître la nature du bois à l'écoute de leurs flûtes, dans l'ensemble, les scientifiques qui ont étudié l'influence des natures de bois dans le rendu sonore, affirment eux, que c'est bien plus l'aspect de l’état de surface et du fini (ponçage, polissage, vernissage, utilisation de fond dur, etc..) qui sont à l'origine des différences audibles ou détectables entre deux flûtes bien plus que la densité ou le module élastique donc que la nature du bois! Ce n'est pas la même chanson quand on construit un violon dont la table d'harmonie vibre avec les cordes et donc utilise les propriétés de module élastique du bois...

L'utilisation de bois rares ou précieux ne trouve une justification que dans l'intention d'impressionner ou pour des raisons purement esthétiques, en gros pour faire plus précieux ou plus joli. Cependant tout constructeur amateur peut discuter à longueur de temps sur son choix personnel d'un bois particulier ou plus noble pour réaliser son orgue avec des arguments plus ou moins justifiés techniquement.

En fait le premier critère pour nous sera l'étanchéité qui impose un bois sans fente de séchage. Comme je dis souvent, construire un orgue ce n'est pas faire de la lutherie mais faire de la plomberie avec du bois!

Même si l'essence une fois choisie est déterminante pour les qualités du bois, il faut aussi avoir en mémoire que la qualité finale d'un bois dépend aussi de la nature du sol, de l'exposition de l'arbre, des conditions climatiques pendant sa pousse, des incidents (attaque d'insectes, tempêtes, blessures diverses,etc..), des conditions d'abatage, de tri, de débitage et de séchage pour pouvoir déterminer au final sa qualité réelle qui peut aussi considérablement varier pour toutes ces raisons à l'intérieur d'une même essence.

Généralement les deux autres critères de choix d'un bois seront son prix et sa disponibilité.

Pour exemples:

prix modérés: peuplier, épicéa, sapin, pin, hemlock

prix moyens: aulne, châtaignier, chêne, hêtre, mélèze, amarante, kempas, merbau

prix élevés: acajou, érable, frêne, merisier, noyer, orme, sipo

disponibilité importante: chêne, épicéa, hêtre, peuplier, pin, sapin

disponibilité régulière: châtaignier, frêne, kempas, mélèze, merbau, merisier, hemlock

disponibilité limitée: acajou, amarante, aulne, érable

Conclusion immédiate les essences les moins chers et plus disponibles sont le peuplier, l'épicéa, le pin, le sapin. Mais chacun en voulant donner plus de valeur au résultat final, son orgue de barbarie, cherchera une essence plus noble en lui trouvant d'autres avantages!

Maintenant étudions aussi les autres critères objectifs que l'on peut prendre en considération (donc en dehors de l'aspect esthétique toujours subjectif).

Par nature le bois "travaille" en fonction du temps humide ou sec et aussi en fonction de la température. Ce phénomène est bien connu pour ses conséquences le bois gonfle ou rétrécit mais peu de personnes savent effectivement calculer et prévoir l’importance de ces variations.

De plus ces variations de dimensions ne sont pas les mêmes dans les trois dimensions

Le retrait et le gonflement sont directement proportionnels à la diminution ou à l'augmentation du taux d'humidité du bois. L'amplitude des variations dimensionnelles observées dépend :

de la direction par rapport au fil du bois (axiale, radiale ou tangentielle),
de l'essence,
du nombre de points d'humidité perdus ou repris ente 0 et 30 % d'humidité relative du bois par rapport au bois saturé d'eau.

Chaque essence est caractérisée par les coefficients de rétractabilité qui expriment les variations dimensionnelles d'une pièce de bois pour une variation d'humidité de 1 %, selon chacune des trois directions :

le retrait axial, ou dans le sens des fibres souvent négligé car généralement très faible ,
le retrait radial (dont la direction passe par le centre =débit sur quartier),
le retrait tangentiel (débit sur dosse) toujours supérieur au retrait radial.

C'est le retrait tangentiel qui est le plus important, il est environ 1,5 à 2 fois plus élevé que le retrait radial. Cependant, pour quelques essences, les retraits radial et tangentiel sont presque identiques : ces essences sont moins sensibles aux fentes de séchage.

Il ne faut pas confondre le taux d'humidité de l'air et le taux d'humidité du bois!

D'ailleurs on utilise des instruments différents pour mesurer chacun de ces taux...

Il faut un humidimètre et un hygromètre.

L'hygrométrie est une des mesures permettant de quantifier la qualité de l'air. Les mesures d'humidité relative et absolue, ainsi que les températures du point de rosée sont indispensables à l'évaluation de la qualité de l'air intérieur dans l'habitat ou le lieu de travail. Dans des environnements où la maitrise de l'ambiance est indispensable, comme une bibliothèque, et surtout un séchoir à bois l'hygrométrie est mesurée en permanence.

L'hygrométrie dépend aussi de la température ambiante, il s'agit de la mesure du rapport entre la pression partielle de vapeur d'eau contenue dans l'air par la pression de vapeur saturante. Il s'exprime en pourcentage d'humidité relative aussi appelé degré de saturation %RH. Tout dépend de l'objectif!

l'humidimètre mesure l'humidité dans un matériau solide (bois, plâtre, béton...).

Les humidimètres se décomposent en deux grandes catégories :

D'une part l'humidimètre à pointes utilisant un système de mesure résistif. Le système de pointes laisse deux traces sous forme de trous sur le matériau et est généralement étalonné pour des mesures précises dans le bois.

D'autre part, l'humidimètre radiofréquence qui mesure, par un simple contact sans dégradation sur la surface, l'humidité jusqu'à environ 20 mm de profondeur.

Dans les deux cas, il s'agit d'émettre un champ électrique et de mesurer l'intensité. Elle est directement proportionnelle à la teneur en eau du matériau.

L'humidimètre à pointes est généralement plus précis et plus économique que l'humidimètre de contact.

Pour résumer on retiendra que:

L'humidité d'équilibre du bois dépend uniquement de l'ambiance, c'est à dire de la température et de l'humidité relative de l'air dans lequel il se trouve et non pas de l'essence du bois.

L'importance des variations dimensionnelles dépend elle de l'essence du bois en fonction des variations de température et d'humidité ambiante.

Seule l'eau d'imprégnation (comprise dans la structure du bois) influence le retrait c'est pourquoi le retrait n'intervient qu'entre 0 et 30% au dessus des 30% il s'agit de l'eau libre contenue dans les vides des cellules.

un bois saturé à 100% d'eau est un bois qui contient (au moment de l'abattage et en poids) autant d'eau que de bois. Certain bois peuvent contenir plus d'eau que de bois. un exemple le peuplier qui peut atteindre 200%.

Pour éviter des déformations on a intérêt à utiliser un bois préalablement séché à un taux proche de l'humidité d'équilibre de son utilisation finale (différente selon la localisation par exemple intérieure ou extérieure zone tropicale ou tempérée...).

exemple pour une utilisation dans son habitation qui est généralement à 20°c et 70% d'hygrométrie de l'air en raison des activités quotidiennes (respiration, cuisine, utilisation de salle de bain) le bois doit être sec à 14% d'humidité d'après le tableau ci-dessus. Mais nos domiciles subissent aussi des variations saisonnières été/hivers et hydrométriques sec/pluvieux.

Personnellement j'en place dans ma cave à vin pour sa plus grande stabilité à 12° et 65% d'hygrométrie en visant 12% à 13% d'humidité pour le bois.

Sachant qu'un bois est considéré comme sec commercialement si il est déjà à 20% il reste donc à le sécher encore avant utilisation. Mais dés que l'on va le mettre en œuvre à des températures et des taux d'humidité différents le bois va "travailler" pour atteindre plus ou moins rapidement un nouvel équilibre.

Dans mon atelier (un chalet en bois au fond du jardin) où je stock le bois à travailler, en été j'ai 23°C et 49% d'hygrométrie, le bois a donc entre 9 et 10% d'humidité. Par contre en hivers et autres saisons c'est assez variable tant dans l'atelier que dans mon domicile.

Le désastre le plus courant oublier son orgue dans la voiture au soleil l'air y monte à 80°C et le taux d'humidité de l'air ambiant peut descendre en été sec à 20% le taux hydrométrique relatif du bois est alors sous les 3% et le bois va sécher, voire fendre irrémédiablement. La perte d'étanchéité qui l'accompagne met l'orgue dans l'impossibilité de jouer et implique une réparation dans des endroits généralement difficiles d'accès.

A l'inverse en hiver sous la pluie l'hygrométrie de l'air peut être à son maximum et proche des 100% et le taux hydrométrique du bois va lui atteindre alors les 30% (mais au bout d'un temps variable). Dans ces conditions l'orgue peut ne plus jouer du tout si il y reste exposé assez longtemps. Pour revenir à son état normal il faudra le placer aussi longtemps dans une ambiance plus sèche et si possible progressivement pour éviter les déformations brusques qui accompagnent ses trop grandes variations de dimensions.

Un outil pratique pour mesurer cette humidité: l’humidimètre qui donne une lecture directe et immédiate en plantant les aiguilles dans le sens perpendiculaire au fil du bois, l'intensité du courant est proportionnelle à la quantité d'eau interne. Sinon la méthode théorique en laboratoire consiste à peser un échantillon avant et après séchage au four et à calculer la perte de poids en pourcentage. Cette méthode est plus précise mais trop longue pour notre utilisation courante et surtout destructrice (on ne peut pas prélever un échantillon à chaque mesure).

Donc le bois se déforme par séchage dès le débit en scierie avant même d'arriver dans l'atelier en fonction du mode de débit et de son emplacement d'origine dans la bille de bois (on dit qu'il tire à cœur).

Un autre outil qui peut être utile pour éviter d'abimer les outils coupants le détecteur de métaux.

Pour détecter les corps étrangers (fils de fer de clôture, clous, balles etc.) dangereux pour l'opérateur et pour l'outil de coupe.

Faire sécher le bois pour le chauffage, ou pour l'utiliser en lutherie ou menuiserie, n'utilise pas les mêmes techniques et le faire sécher demande du temps, des stocks, des installations spécifiques importantes dont les scieries ne disposent que rarement pour des raisons d'investissement, de place et d'immobilisation des stocks.

Une vidéo sur le sujet où l'on découvre que le bois séchera mieux et plus vite si on commence par le plonger dans l'eau.

Dans les scieries traditionnelles qui n'utilisent que le séchage naturel, tout l’art du séchage consiste donc à le sécher lentement particulièrement après être descendu en dessous des 30% pour surtout ne pas le faire fendre.

Pour éviter ces fentes, on place souvent des frettes, qu'on nome "crocodiles" en raison de leur forme ondulée. Elles sont clouées en extrémités des planches pour limiter les fentes et toujours perpendiculairement à la fente pour la "couturer".

Cette technique est aussi utilisée pour le séchage des traverses du chemin de fer, où on rencontre aussi un autre "crocodile" de forme ondulé.

Dans le langage technique du chemin de fer il y a un autre crocodile, celui entre les rails pour le contact d'avertissement des signaux qui a lui aussi une forme ondulée.

Il existe donc un lien logique sur l'origine et la forme pour le contexte d'utilisation de ce mot dont l'étymologie est issue d'une comparaison animalière.

Pour sécher du bois, il faut passer d'une enceinte contrôlée à une autre dont l'humidité de l'air est plus basse ou faire baisser progressivement l'humidité de l'air dans la même enceinte au bout d'un temps calculé et tout ça en fonction de l'épaisseur des planches!

C'est comme descendre un escalier marche par marche sans casse ou en sautant toutes les marches d'un étage d'un coup les contraintes ne sont pas les mêmes et l'accident n'est pas loin!

j'insiste: "Le bois ne sèche pas, il se met en équilibre hygrométrique avec l'air ambiant."

On entend souvent dire qu'un bois qui a été stocké longtemps est à coup sur le plus sec! C'est une idée fausse: Si il a été stocké 20 ans dans un lieu trop humide il en sort encore trop humide!

Pourquoi penser que le temps est primordial?

Cela vient d'une règle simple qui nous enseigne que le bois ne sèche que d'un centimètre par an en profondeur (sur chaque face donc deux centimètres par an). Cette règle est exacte il faut ce temps pour qu'une planche de 2 cm passe d'un certain degré d'hygrométrie à un autre en profondeur. Mais si il est stocké dans un milieu où l'hygrométrie est trop importante même après vingt ans il sera toujours à une hygrométrie trop importante...

Et passé le temps minimum pour changer à cœur le bois ne modifie plus son hydrométrie sauf si l'hygrométrie elle-même a changé.

Par exemple en utilisant cette règle un plateau de 8 cm nécessitera 4 ans pour passer de 30% à un degré inférieur quelque soit ce nouvel équilibre jusqu'au cœur. Si on le place dans une ambiance trop basse en hygrométrie (15% par exemple) il subit des contraintes trop importantes entre le cœur et sa périphérie et fend obligatoirement. Il faut passer par des étapes intermédiaires de degrés d'humidité stable et contrôlée.

Donc pour un plateau de 8 cm d'épaisseur passer de 30% à 20% puis de 20% à 10 ou 15 % demandera deux fois 4 ans soit 8 ans de séchage dans des enceintes successives contrôlées à hydrométrie fixe, une condition que peu de scieries peuvent remplir ne serait-ce qu'en raison des installations rarement disponibles et aussi du temps d'immobilisation peu compatible avec une production en continue.

L'autre méthode consiste à le laisser dans une enceinte pendant un temps suffisamment long mais avec une hydrométrie qui chute progressivement et de façon contrôlée de 30% à 15%.

Dans tout les cas il faut contrôler l'humidité de l'air dans le temps minimum fonction de l'essence avec le moins de manutentions possibles.

quelques vidéos sur les différences de retrait:

séchage d’une fine feuille mouillée sur un seul coté en coupe transversale

enroulement d’une fine feuille mouillée d'un seul coté en coupe radiale et tangentielle

ouverture d’une pomme de pin et fermeture avec l'humidité dans l'air

Une simple pomme de pin accrochée dans l'atelier est un très économique et très bon indicateur de l'hygrométrie en séchant la pomme de pin s'ouvre, car les écailles sont constituées de deux couches aux propriétés différentes. Un simple coup d'œil vous donne le taux d'humidité de l'air ambiant et de ces conséquences sur le bois.

Dans la scierie, chaque utilisateur tentera de ne s'approvisionner qu'avec les plateaux de cœur ( avec le duramen ou bois parfait) et les débits sur quartier ou sur maille éventuellement en évitant les débits sur dosse et l’aubier, mais le scieur lui se doit de vendre l'ensemble d'une bille.

L'aubier (souvent de couleur plus claire) doit impitoyablement être éliminé sous peine de voir son ouvrage attaqué par les insectes xylophages.

Il y a différents types de débits. Le plus courant pour des raisons de facilités est le débit en plot qui est malheureusement le plus favorable aux déformations du bois débité mais le plus simple et le plus rapide pour la scierie car il évite les manutentions et retournements pendant le sciage.

1 - Débit sur dosse

2 - Débit sur faux quartier

3 - Débit sur quartier

4 - Débit sur faux quartier

5 - Rive sur quartier

6 – Débit sur quartier

7 - Débit sur maille

8 - Rive sur quartier

9 - Plateau de cœur

Un autre document similaire qui complète avec les débits de bois pour placage (tranché, déroulé, scié dans différents sens, scié au bois montant)

Une vidéo sur l’art du débit de menuiserie à partir des plateaux.

Donc les coefficients de retrait radial et tangentiel sont généralement donnés et connus.

Mais ils ne sont pas les seuls à retenir car ces coefficients peuvent être trompeurs.

Prenons le cas du palissandre de rio un bois dense et lourd avec ses coefficients 0.24 et 0.37 qui sont relativement élevés. A priori il devrait se rétracter énormément! Pourtant dans la pratique il se rétracte peu car un critère supplémentaire intervient:

La vitesse à laquelle une essence réagit aux variations d'humidité pour atteindre le nouvel équilibre est bien plus importante.

En définitif ce critère est déterminant, car une essence de bois qui varie très lentement avec une grande amplitude sera préférable à une essence qui varie peu mais très rapidement. On qualifie cette propriété par la stabilité de très stable à peu stable, ou quelque fois cette propriété est appelée nervosité.

Elle est rarement donnée dans les tableaux et est très méconnue donc négligée ou ignorée mais plus importante pour notre utilisation dans l'orgue de barbarie.

Les bois les plus stables:

Balsa, cèdre, ébène, obéché (samba ayous), teck.

les stables:

acajou, châtaigniers, douglas, érable, merisier, noyer, okoumé, poirier, sapin, séquoia, sipo,

les moyennement stables:

amarante, aulne, bouleau, chêne rouvre, épicéa, frêne, mélèze, merbau, moabi, peuplier, pin sylvestre, platane,

les peu stables:

Azobé, charme, hêtre, orme, pin maritime,

On peut aussi améliorer cette aptitude en bouchant les pores du bois avec des fonds durs et des vernis qui retardent fortement les variations de dimensions par modifications de l'humidité interne du bois, voir carrément traiter le bois avec des produits comme le polyéthylène glycol. Un traitement ordinairement destiné aux crosses de fusil pour éviter les déformations du bois qui lors d'une chasse peut passer dans l'eau ou près d'un feu de camp sans se déformer.

Le P.E.G. est un produit qui empêche le bois de se fendre. En plongeant le bois encore humide dans du PEG, on peut réduire la durée du séchage à quelques semaines (au lieu de plusieurs mois ou années), en remplaçant l'eau libre par du PEG. Cela permet de tourner des objets dans du bois avec des nœuds et une structure irrégulière sans que le bois ne se fende en séchant ensuite. Le PEG fait aussi office de lubrifiant. Il faut savoir que la durée du traitement est différente selon les bois. Il semble que des essences de bois trop durs (buis, ébène) ou trop gras (olivier ou teck) soient difficiles, voire, impossibles à traiter.

C'est aussi le traitement des pièces de bois archéologiques comme pour la conservation du navire le Vasa renfloué dernièrement mais qui est aussi à l'origine d’ autres traitements alternatifs. Dans le cas d'un orgue de barbarie un traitement de surface par fond dur et vernis sera amplement suffisant, car une fois traité au PEG le bois est plus difficile à coller.

Il existe aussi un autre critère rarement expliqué pour choisir son bois: La résistance aux intempéries ou autrement dit l' imputrescibilité.

Des explications sur le sens du bois, son fil, le contre fil et la croissance, les propriétés qui en découlent pour le travail au rabot, le collage, etc...

Une photo extraite du " bon sens du bois en charpente"

Il ne faut pas confondre les bois de résonance utilisés en lutherie pour des instruments vibrants comme un violon et le corps d'une flûte dans lequel une colonne d'air est mise en vibration.

Pour un violon le module élastique et la densité seront des critères de choix d'un épicéa pour la table d'harmonie alors que l'érable ondé du fond est choisi pour son coté esthétique.

Il est scientifiquement prouvé que lorsqu'une cavité entre en résonance le matériau n'a aucune influence c'est un problème purement mécanique et non pas acoustique. Les parois ne doivent pas vibrer pour éviter un couplage ou une absorption d'énergie vibratoire l'épaisseur est par contre déterminante tout autant que l'étanchéité.

Pour conclure:

- dans le corps des tuyaux d'orgue, l'essence du bois du corps de flûte n'a pas vraiment d'incidence car la qualité du son provient beaucoup plus de la forme et de la taille de la lumière.

En outre les tuyaux en bois sont moins chers que ceux en métal que l'on réserve en général à la "montre" c'est à dire à la façade dans les orgues d'églises. Les tuyaux bois sont alors cachés et n'ont pas de rôle esthétique dans un orgue d'église.

les facteurs d'orgue professionnels répandent une croyance selon laquelle on peut reconnaitre la nature du bois d'une flûte à l'oreille

Pour vous convaincre du contraire écoutez Nicolas Bras dans sa vidéo . C'est donc aussi une idée fausse.

D'ailleurs j'ai coutume de dire que faire un orgue de barbarie ce n'est pas de la lutherie mais beaucoup plus de la plomberie avec du bois.

- Dans la zone du biseau et de la lèvre inférieure où le canal dirige le vent vers la lumière donc dans le noyau et la lèvre inférieure, où les phénomènes de couches limites sont primordiaux et influencés par les états de surface on doit obtenir des surfaces les plus lisses possibles.

On doit n'y avoir aucune variation de dimensions même lors des changements d'humidité et de température ce qui impose des bois stables et peu nerveux, mais aussi dont l'état de surface sera simultanément à grain fin, donc lisse ce qui dépend d'une croissance lente et sans cernes différenciées été/hivers. On peut jouer sur l'essence du bois pour privilégier l'état de surface et l'orientation du bois pour minimiser les changements de dimensions...

Tout ce discours ne m'empêche pas d'avoir mes préférences comme tout le monde:

le buis pour le noyau et la lèvre inférieure pour son grain fin et le cèdre pour les façades avant et arrière des corps de flûte pour sa stabilité aux changements d'ambiance et sa capacité à repousser les insectes xylophages.

Mais j'utilise aussi du pin sylvestre pour les cotés des corps de flûtes pour son coût économique et sa très grande disponibilité. Je stocke des paquets de frisette ordinaire (avec nœuds) au grenier pendant quelques années et je tri les planches qui sont débitées sur quartier avec des cernes les plus serrées possibles. je recoupe les bords pour éliminer les joints plats, doucine et mouchette. Je passe au rabot pour obtenir l'épaisseur. J'élimine tous les nœuds, puis je coupe en largeur en commençant par les basses donc les plus longues et les plus larges en choisissant au fur et à mesure dans le tas qui est constitué de longueurs rangées par longueurs (la largeur au départ est la même pour toutes).

Adresses pour se procurer des bois dans des plateaux à choisir dans la scierie:

Les établissements Taviot à Arthonnais dans l'Yonne.

Chossière à Villeneuve-le-roi.

Il ne faut pas oublier de mentionner les plaques de contreplaqué pour la caisse et la soufflerie dont la principale qualité devra être de ne pas avoir de vides entre les feuillets ce qui s'observe assez facilement sur la tranche avant l'achat. En 10 à 15 mm d'épaisseur les plis à fils croisés diminuent les risques de déformation mais par exemple le 3 ou 5 mm d'épaisseur, en raison du trop petit nombre de plis superposés, va facilement se cintrer, naturellement avant utilisation, si on le laisse contre un mur plus humide que l'air ambiant de la pièce. Donc il vaut mieux faire attention aux conditions de stockage et quitte à le stocker contre un mur il vaut mieux choisir un mur de refend plutôt qu'un mur de façade ou en contact avec l'extérieur.

Un stockage à plat et aéré (avec des cales en carrelet) est préférable mais aussi plus encombrant! contrairement aux stockage des magasins de bricolage qui le mettent bien à l'horizontale avec des carrelets, mais superposées et déformés par le poids, à cause de l'insuffisance du nombre de montants:

ceci concerne aussi les plaques de contre plaqué indispensable pour la plus-part de la fourniture du bois d'un orgue dont le débit dans une unique plaque standard de 122*250 cm.

C'est typiquement le genre de détail qui peut conduire à l'échec dans la construction du collecteur! Car les courts-circuits ou communications entre les feuillets d'un contreplaqué de basse qualité et donc économique à l'achat vont conduire à un manque d'étanchéité dans le collecteur dans une partie qui n'est plus accessible et dont le défaut sera très difficile à corriger.

un document sur le sujet.

Une vidéo sur la fabrication du contreplaqué

La meilleure formation sur le bois le fun MOOC quand il y en une en cours.