Evaluation des propriétés du bois

Evaluation des propriétés du bois

Les sources de variation du module d’élasticité dynamique du bois

Le MOED du bois est déterminé à partir de sa masse volumique D et de la vitesse de propagation de l’onde ultrasonore dans l’échantillon V. Ces deux paramètres sont à l’origine de la variation du MOED. En effet, la structure complexe du matériau bois et la variation importante de cette structure expliquent ces variations (Feio 2005).

 Généralités sur le bois

Le bois est un matériau bio polymérique ayant une structure complexe caractérisée par une disposition micro-structurelle extrêmement élaborée. C’est une concordance de cellules disposées en plan ligneux au sein de l’arbre qui assurent la conduction de la sève brute de la racine vers les branches. Etant donné son origine biologique, les propriétés du matériau bois varient entre les espèces, dans une même espèce et àl’intérieur d’un même arbre (Polge 1964).

Matériau hygroscopique

Le bois est un matériau qui adsorbe et désorbe de l’eau en fonction de l’humidité relative et de la température de 1′ air qui 1′ entoure. Il contient de 1′ eau sous deux formes. Lorsque la teneur en humidité est maximale, il y a présence d’eau liée qui est absorbée à l’intérieur des parois cellulaires. Il y a aussi de l’eau liquide contenue dans les vides à l’intérieur des cellules. Quand le bois sèche, c’est l’eau liquide à l’intérieur des cavités cellulaires qui s’évapore en premier, jusqu’à l’obtention de la teneur en humidité correspondant au point de saturation des fibres. Ce dernier se situe à une teneur en humidité d’environ 30 % pour la plupart des essences de bois. Au-delà de
cette teneur en humidité, il ne se produit plus de changements dimensionnels (gonflement) (Haygreen et al. 2005).

 Matériau orthotrope

Le bois est un matériau anisotrope, c’est-à-dire que ses propriétés varient selon la direction considérée. Il existe trois plans principaux du bois, appelés plans ligneux (Figure 1.8). Ces plans se définissent par trois directions principales : la direction longitudinale (L) désigne la direction parallèle à l’axe de l’arbre passant par son centre, la direction radiale (R) indique une direction normale aux cernes et la direction tangentielle (T) identifie une direction perpendiculaire aux rayons ligneux et tangente aux cernes (Kretschmann 20 10).

 Maliiriau poreux

Par sa structure anatomique, le bois est un matériau poreux. En général, les pores sont considérés comme étant des espaces vides se trouvant à l’intérieur du bois. Ces pores sont représentés par les lumens, les espaces intercellulaires et l’ensemble des plus petites cavités à l’intérieur des parois cellulaires. Les principaux aspects quantitatifs d’un matériau sont la surface spécifique de 1a matrice solide, l’espace poreux effectif et la distribution des tailles des pores. La figure 1.9 présente une observation de la microstructure du bois sur laquelle on peut remarquer la présence des pores.

Anatomie et structure

La croissance de l’arbre se réalise de manière concentrique, de l’extérieur vers l’intérieur. Elle est assurée par le cambium qui est constitué d’une fine couche de cellules embryonnaires, située sous la couche de l’écorce. Une coupe transversale d’un tronc d’arbre (Figure 1.10) permet de distinguer ses différents composants de l’extérieur vers l’intérieur :
• L’écorce :formée d’une part de l’écorce externe (cellules mortes), une enveloppe protectrice, étanche et imperméable et d’autre part de l’écorce interne (cellules vivantes ou liber).
• Le cambium : il donne naissance chaque année à des cellules concentriques qui forment un cerne annuel. Il fournit d’une part des cellules vivantes vers l’extérieur (le liber) et d’autre part des cellules vivantes vers l’intérieur qui donneront d’abord du bois de sève (l’aubier) puis après vieillissement un bois stable (le duramen).
• L’aubier: e.t !<itué entre le cambium et le duramen (Fig 1.1 0). U contient. des cellules encore vivantes qui as:rurent la conduction de la sève brute et l’entreposage des substances nutritives (IVIiller 1999).
• Le bois de cœur ou le duramen: e.t con.t.itu~ de cellules morteslignifi~es qui ne participent pas à la croissance de l’arbre. U joue uniquement le rôle de soutien ~canique. Le duramen e.t riche en exllact.ibles, ce qui lui confère une durabUit~naturelle du bois (MillE< 1999).
• La moelle: c’ e.t le tissu v~gétal un peu mou au centre du u-onc. U se fonne au d~but de la croissance de l’arbre et ne se modifie pas.

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Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RÉSUMÉ
ABSTRACT
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
1.1 Le contrôle non destructif
1.1.1 Définition du contrôle non destructif
1.1.2 Utilisation des techniques de CND pour l’évaluation des propriétés du bois
1.1.2.1 Evolution historique des techniques de CND du bois
1.1.2.2 Evaluation des propriétés du bois
1.1.2.2.1 Méthodes non destructives de mesure de la masse volumique du bois
1.1.2.2.1.1 Absorptiométrie des radiations ionisantes
1.1.2.2.1.2 Spectroscopie proche infrarouge (IRP)
1.1.2.2.1.3 Méthode du résistographe
1.1.2.2.2 Méthodes non destructives de calcul du module d’élasticité
1.1.2.2.2.1 Les méthodes de résonance
1.1.2.2.2.2 La technique d’ultrasons
1.1.2.2.2.3 La relation entre le module d’élasticité dynamique MOED et le
module d’élasticité statique MOES
1.1.2.2.2.4 Conclusion
1.2 Les sources de variation du module d’élasticité dynamique du bois
1.2.1 Généralités sur le bois
1.2.1.1 Matériau hygroscopique
1.2.1.2 Matériau orthotrope
1.2.1.3 Matériau poreux
1.2.1.4 Anatomie et structure
1.2.2 Les sources de variations du module d’élasticité dynamique en relation avec les
propriétés du bois
1.2.2.1 La masse volumique
1.2.2.2 La vitesse de propagation de l’onde ultrasonore
1.2.2.2.1 Effet de l’anisotropie du bois
1.2.2.2.2 Effet de l’orientation des cernes
1.2.2.2.3 Effet de la teneur en humidité
1.2.2.2.4 Effet des défauts dans le bois
1.2.2.2.5 Effet de la géométrie
1.2.2.3 La relation entre la masse volumique et la vitesse de propagation de l’onde
ultrasonore
CHAPITRE 2 DISCUSSION DES SOLUTIONS PROPOSÉES
2.1 Problématique et objectifs
2.2 Choix des solutions technologiques
2.2 .1 Solution N° 1 : fixer l’échantillon à contrôler et utiliser deux transducteurs à
rouleaux. ..
2.2.1.1 Introduction et principe
2.2.1.2 Bilan de la solution N°l :fixer l’échantillon à contrôler et utiliser deux
transducteurs à rouleaux
2.2.2.1Solution N°2 : déplacer l’échantillon à contrôler et fixer les deux transducteurs
Introduction et principe
2.2.2.2 Bilan de la solution N°2 : déplacer l’échantillon à contrôler et fixer les deux
transducteurs. .
2.2.3 Comparaison des deux solutions et conclusion
2.3 Etude de la solution N°2 :déplacer l’échantillon et fixer les deux
transducteurs
2.3.1 Introduction
2.3.2 Les essais préliminaires
2.3.3 La solution technologique proposée
2.3.3.1 Choix du mécanisme de déplacement du porte échantillon
2.3.3.4
Conception du porte échantillon
Choix et mise en place des deux actionneurs électriques
Assemblage des composants du dispositif de mesure du temps de propagation
de 1′ onde ultrasonore
2.3.3.5 Automatisation de l’opération de mesure du temps de propagation de l’onde
ultrasonore
2.3.3.5.1 Le contrôleur ‘TANGO Desktop’
2.3.3.5.2 Programmation
CHAPITRE 3 INTRA-RING WOOD DENSITY AND DYNAMIC MODULUS OF
ELASTICITY PROFILES OF BLACK SPRUCE AND JACK PINE FROM X-RAY
DENSITOMETRY AND ULTRASONIC METHOD
3.1 Résumé
3.2 Abstract
Introduction
Material and methods
Material
Wood density measurement
Wood ultrasonic velocity measurement
Modeling intra-ring wood density and dynamic modulus of elasticity profiles
Statistical analysis
Results and discussion
Intra-ring wood density and dynamic modulus of elasticity profiles
Earlywood- latewood transition
Radial variation in ring wood density and ring dynamic modulus of elasticity
Growth, density and elastic properties relationships
Practical implications
Conclusions
CONCLUSIONS ET IMPLICATIONS PRA TIQUES
RÉFÉRENCES

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