Soutenance mémoire
ESSAI DE COMPRESSION RADIALEUT
Du bois tissu végétal au bois matériau
Le bois dans l’arbre, le bois est un ensemble de tissus très humides (bien souvent le tronc contient plus d’eau que de matière ligneuse) et biologiquement actifs tant du point de vue physiologique (circulation des fluides et de l’information) que physique (équilibre statique et dynamique de l’arbre). C’est ce couplage fonctionnel entre la résistance mécanique et le rôle physiologique du bois qui est à l’origine de sa complexité structurale.La formation du bois par le cambium (xylogénèse) s’accompagne de phénomènes physico-chimiques complexes (maturation) qui génèrent des contraintes internes qui s’accumulent et « s’auto-équilibrent » pendant toute la durée de vie de l’arbre (THIBAUT& al, 1993). Dans l’arbre, les propriétés du bois et la régulation de la croissance secondaire dépendent donc de l’histoire de l’individu, depuis sa germination, et de son adaptation à des conditions internes et externes qui évoluent à chaque période de croissance, cela pendant parfois plusieurs siècles. Cela se traduit essentiellement par deux sources de variabilité :
– à un niveau donné d’un axe, par une variation radiale des propriétés du bois (passage du bois juvénile au bois adulte) plus ou moins marquée selon les espèces,
– des secteurs angulaires de bois particuliers (les bois de réaction) dont le rôle est de permettre à l’arbre de s’orienter dans l’espace (recherche de la lumière, s’éloigner d’un voisin, etc.) ou de se réorienter à la suite d’un déplacement accidentel (déchaussements dus au vent, à un chablis, etc.).
A ces équilibres physiques et régulations physiologiques s’ajoutent des modifications chimiques du bois liées à l’accumulation des déchets du métabolisme et des réactions chimiques de longue durée (évolution des polyphénols, duraminisation).
– Le bois hors de l’arbre, c’est-à-dire dès l’abattage il y a des modifications brutales des équilibres physiques (relaxations des contraintes internes) un arrêt de l’activité physiologique (mort des cellules et donc interruption des systèmes naturels de défense et de préservation) et une modification des processus chimiques notamment par la baisse du taux d’humidité. Ces modifications des équilibres physiques sont à l’origine des premiers défauts visibles sur une grume: l’ouverture de fissures (phénomène de rupture) consécutives à des variations dimensionnelles instantanées. A cela s’ajoute ensuite un nouvel état de contraintes internes et/ou de déformations dus au séchage. Enfin, une fois mis en oeuvre, le bois a un comportement viscoélastique dépendant du temps et/ou de la température (fluage).
Ainsi, pour l’utilisateur, le bois hors de l’arbre devient un matériau. Pour le mécanicien, qui étudie ses propriétés et son comportement, le bois est décrit comme « un matériau à forte hétérogénéité macroscopique, cellulaire tridimensionnel, à fibres tubulaires et multicouches composées de polymères carbonés sensibles aux variations d’humidité et de température ». Il s’agit donc d’un matériau ayant une structure extrêmement sophistiquée et un comportement très complexe.
La structure du bois (DETIENNE, 1988)
A l’échelle macroscopique, sur une coupe transversale (type tronçonnage) de tige, le bois est un cylindre à section plus ou moins circulaire composé d’une succession de couches (unité de croissance secondaire) plus ou moins hétérogènes. Cette hétérogénéité, souvent très marquée chez les espèces tempérées et qui se traduit par de fortes variations de densité entre le bois formé au début et à la fin d’une période de croissance, est souvent beaucoup plus discrète chez les espèces équatoriales.A l’échelle microscopique, le bois des feuillus est composé, pour l’essentiel, de quatre types de cellules (X156HTableau I – -1X): les éléments de vaisseaux, les fibres et les parenchymes longitudinal et radial (remarque : il existe en réalité toute une série d’éléments intermédiaires entre les éléments de vaisseaux et les fibres). Les parenchymes, qui assurent de nombreuses fonctions physiologiques, sont les seuls éléments à durée de vie plus ou moins longue. La mort de ces cellules est un des processus de la duraminisation (formation du bois de coeur). Ces éléments cellulaires communiquent entre eux par des perforations (éléments de vaisseaux) ou des ponctuations dont la taille, la disposition et le nombre peuvent jouer un rôle dans le séchage ou l’imprégnabilité des bois.
Structure de la paroi des cellules du bois.
La paroi des cellules, d’une épaisseur de quelques micromètres, est constituée d’une série de couches qui sont définies par leur composition chimique et l’organisation des polymères constitutifs. L’ultrastructure de la paroi est variable selon le type de cellule (éléments de vaisseaux, parenchyme, etc.). Nous nous limiterons ici à illustrer l’architecture de la paroi des fibres de soutien au sens strict. La X158HFigure I – -2X montre la disposition de ces différentes couches : ª la lamelle moyenne est commune à deux cellules adjacentes et assure la cohésion intercellulaire. ª la paroi primaire ª la paroi secondaire, elle même constituée de trois sous-couches : S1, S2, S3 – S1, très mince (< à 1 µm), a des microfibrilles de cellulose dont l’angle par rapport à la direction longitudinale varie de 40 à 45°, – S2, qui constitue l’essentiel de la paroi, est caractérisée par un angle de microfibrille variant de 10 à 20° – S3, très mince, présente un angle de microfibrille analogue à celui de S1 ª parfois une couche dite verruqueuse ou W (warty layer)
(Remarque : au niveau des ponctuations, qui permettent les relations entre les cellules, la paroi se limite à la lamelle moyenne et à la paroi primaire).
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Table des matières
I-2 QUELQUES NOTIONS PRELIMINAIRES ET UTILES A L’ETUDE
– 1.NOTIONS DE BASE SUR LE BOIS
– 1.1.Du bois tissu végétal au bois matériau
– 1.2.La structure du bois (DETIENNE, 1988)
– 1.3.Structure de la paroi des cellules du bois
– 1.4.Anisotropie élastique du bois.
– 1.5.Conclusion
NOTIONS DE BASES SUR LA COUPE 0/90
– 2.1.Les mécanismes de coupe en mode 0/90
2.2.Influence de la température
– 2.3.Conclusion
CARACTERISATION DU MATERIEL VEGETAL UTILISE
– 1.DESCRIPTION DU MATERIEL VEGETAL
– 1.1.Choix des essence
1.2.Description succincte des essences choisies
– 2.ORGANISATION DES DEBITS ET DES MANIPULATIONS
– 3.RESULTATS DES MESURES PHYSIQUES
3.1.Quelques définitions (GUITARD, 1988), KOLLMAN (1984), norme NF B 51-006
– 3.2.Mesure de la densité
– 3.3.Mesure du retrait
-METHODOLOGIE GENERALE DES ESSAIS MECANIQUES
– 1.ORGANISATION DES ESSAIS
– 1.1.Description de la machine d’essais
– 1.2.Le dispositif de régulation thermique
– 1.3.Protection des capteurs contre la dérive thermique et tests de stabilité
– 1.4.Déformation élastique du dispositif expérimental
– 1.5.Mesures physiques sur les éprouvettes d’essai
2.ESSAI DE COMPRESSION RADIALEUT
2.1.Description du dispositif
2.2.UCourbes types
– 2.3.Influence de la densité, de la température et de l’humidité
Paramètres mesurés
– 2.5.Répétabilité et variabilité des essais
– 2.6.Essais de compression Tangentielle
– 3.ESSAI DE CISAILLEMENT RADIAL
– 3.1.Description du dispositif
– 3.2.Courbes types et paramètres mesurésU
3.3.Variabilité et répétabilité des essais
– 4.ESSAI DE TENACITE OU DE PROPAGATION DE FISSURE
– 4.1.Description du dispositif
– 4.2.Courbes types et paramètres mesurés
– 4.3.UT TUInfluence de quelques paramètres sur l’énergie de rupture
– 4.4.UT TUVariabilité et répétabilité des essais
4.5.UT TUMesure de l’angle du fil
4.6.UT TUMesure indirecte de la surface créée
-RESULTATS DES ESSAIS MECANIQUES ET COMMENTAIRES
– 1.INFLUENCE DE LA DENSITE SUR LES DIFFERENTS DESCRIPTEURS MECANIQUES
– 1.1.Rôle de l’infradensité sur l’essai de compression radiale
– 1.2.Rôle de l’infradensité sur l’essai de cisaillement RT
– 1.3.Rôle de l’infradensité sur l’essai de ténacité en mode
– 2.INFLUENCE DE LA TEMPERATURE SUR LES DIFFERENTES PROPRIETES MECANIQUE
– 2.1.UT TURôle de la température sur l’essai de compression radiale
– 2.2.Rôle de la température sur l’essai de cisaillement
– 2.3.Rôle de la température sur l’essai de ténacité
– 3.SYNTHESE ET CONCLUSIONS
– 3.1.Relations entre les descripteurs mécaniques
– 3.2.Influence du facteur essence
3.3.Conclusion
ESSAIS DE DEROULAGE
– 1.DESCRIPTION DES EXPERIMENTATIONS
– 1.1.Description de la microdérouleuse
– 1.2.Résultats acquis lors d’un essaiUT
– 1.3.Etuvage des rondellesUT
– 1.4. Mesure du coefficient de frottement
– 1.5.Essais de coupe sans barre de pression
– 1.6. Essai d’enfoncement de la barre de pression
2.RESULTATS DES ESSAIS DE DEROULAGE SANS BARRE DE PRESSION
– 2.1.TUMesure de l’angle de frottemen
– 2.2.Variation de Fa en fonction de la passe et de la température
– 2.3 Variation de Fa en fonction de l’infradensité et de la température
– 2.4. Analyse des coefficients de variation de Fa
– 3. EFFORTS EXERCES PAR LA BARRE DE PRESSION
– 3.1. Relation entre les composantes
– 3.2. Relation entre l’effort résultant FUBUbUBU et la pénétration de la barre Δ
– 4.OMPARAISON DEROULAGE ESSAIS MECANIQUES
– 4.1. Relations entre les valeurs de FUB et les descripteurs mécaniques
– 4.2. Déroulabilité et ratiosUT
5. CONCLUSION DU CHAPITREUT
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