Généralité de l’anatomie du bois

Généralité de l’anatomie du bois

Structure macroscopique

Formation du bois

Accroissement du bois
L’accroissement annuel du bois est formé par l’activité cambiale qui fonctionne sur les deux faces : la face interne qui va donner le bois et la face externe qui va donner le liber. Dans le sens radial, la constitution du bois, ce qu’on peut les regarder facilement au niveau macroscopique, De l’extérieur à l’intérieur, on peut les distinguer :
• Ecorce externe inerte (suber) et écorce interne vivante (liber)
• Cambium (Assise génératrice libéro-ligneuse)
• Aubier : Bois fonctionnel
• Duramen : Bois parfait duraminisé
• Moelle

Notons que l’accroissement annuel du bois dans les zones tempérées est bien différent de celui dans les zones tropicales ou équatoriales. Chez les espèces tempérées, l’arrêt du fonctionnement du cambium se traduit par l’apparition de limites entre les divers accroissements annuels (limite de cerne), bien visibles chez les résineux et les feuillus à zone initiale poreuse. Elle est plus discrète chez les feuillus à pore diffus. Les bois tropicaux ne présentent pas de limites de cerne.

La croissance en diamètre du tronc et des branches de l’arbre est liée à la formation de bois ou xylème secondaire qui joue trois rôles dans l’arbre :
• Un rôle mécanique permettant le soutien du houppier, et le maintien de l’arbre en position verticale ;
• Un rôle physiologique puisqu’il permet la circulation de la sève brute, c’est-à-dire le transfert des éléments minéraux vers les éléments chlorophylliens ;
• Un rôle dans la nutrition puisqu’il stocke les éléments qui seront ainsi à la disposition de l’arbre et seront mobilisés dès que nécessaire.

Plan ligneux
Pour mieux comprendre la structure du bois, il est nécessaire de l’examiner dans les trois plans orthogonaux: coupe transversale perpendiculaire à l’axe de la tige ; coupe radiale dans un plan passant par la moelle ; coupe tangentielle dans un plan excentré et parallèle à l’axe de la tige. Les trois directions axiale, radiale et tangentielle sont les directions d’anisotropie du bois pour un grand nombre de ses propriétés physiques, mécaniques et technologiques .

Le plan ligneux permet de reconnaître un bois, c’est un caractère systématique. Son étude conduit à la description des bois, à leur connaissance, à l’appréciation de leurs caractéristiques et permet de préciser les relations entre l’anatomie et les caractéristiques de ce matériau :
• le plan de coupe transversal révèle, à l’intérieur du cerne, les sections des cellules ligneuses orientées majoritairement suivant l’axe du tronc. On examine ainsi la mise en place des cellules du bois (les couches, les sous-couches etc.) à l’échelle de quelques dizaines de micromètres.
• le plan de coupe longitudinal-tangentiel : révèle les sections droites des rayons ligneux aux arrangements cellulaires multiformes : ils peuvent contenir des canaux, ils assurent la conduction radiale des fluides et peuvent contenir des réserves. D’après Guitard [1987], grâce à cette coupe, on trouve que les feuillus ont des longueurs de fibres comprises entre 0.8 mm et 3 mm alors que les trachéides des résineux sont plus longues de 2 mm à 7mm.
• le plan de coupe longitudinal-radial : permet d’observer les sections des rayons ligneux suivant l’axe radial ainsi que les zones de croissance entre eux et les alignements de cellules longitudinales.

La variabilité du bois

Le bois est composé par de nombreux types de cellules qui sont formés lors du développement de l’arbre. La formation du bois est influée par la génétique. En plus, les conditions environnementales comme l’eau, la température, le vent, les produits chimiques dans le sol influencent les caractéristiques du matériau dans toute la vie de l’arbre. Il y a d’énormes variations dans les propriétés du bois entre les arbres d’une même espèce et entre les génotypes au sein des espèces. Même dans chaque arbre individuel, les caractéristiques physiques, chimiques et anatomiques du bois peuvent être différentes, elles dépendent de la position du bois dans l’arbre et du moment où le bois s’est formé. Les connaissances de ces différences sont importantes pour l’utilisation finale du matériau. La variation dans l’arbre se présente dans toutes les parties du bois, bois juvénile et bois adulte, bois de printemps (bois initial) et bois d’été (bois final) etc. et dans le bois de réaction [Sheng Du, 2007].

Bois des résineux

L’organisation du bois des résineux est relativement simple, uniforme et régulière. Leur plan ligneux est simplement constitué de trachéides et de cellules de parenchymes. Les trachéides longitudinales constituent environ 90% de l’ensemble des cellules bu bois des résineux ; leurs longueurs sont de 1mm à 8mm ; leurs sections sont presque carrées ou rectangulaires, leurs dimensions sont de l’ordre de 25 µm à 75 µm [Keller, 1994]. En direction transversale, il y a une diminution de la dimension radiale de la cellule selon le sens du bois initial au bois final. Par contre, il y a une augmentation de l’épaisseur des parois dans le même sens. Il existe des ponctuations aréolées dans les trachéides du bois des résineux. Leurs faces radiales en portent de nombreuse mais peu sont présentent dans leurs faces tangentielles. Ces ponctuations permettent des échanges de cellules à cellules. Dans le plan transversal, à l’œil nu, on peut observer des rayons ligneux de la moelle à l’écorce. Ils sont issus des initiales isodiamétriques, ils constituent des bandes radiales et continues. Ils ont un rôle de conduction radiale et d’accumulation de réserve. D’un point de vue mécanique, ils contribuent à augmenter la résistance mécanique du bois selon la direction radiale. Un bloc du bois des résineux (pin) est présenté ci dessous   pour illustrer ce plan ligneux :

Plan transversal : 1-1a rayon ligneux ; B trachéide transversale ; 2 canal résinifère ; C parenchyme longitudinale à paroi mince ; E cellule épithéliale ; 3-3a trachéide de bois de printemps ; F ponctuation aréolée radiale coupée au niveau du torus ; G ponctuation aréolée coupée en dessous de l’ouverture de la ponctuation ; H ponctuation aréolée tangentielle ; 4-4a trachéides de bois final.
Plan radial : 5-5a rayon ligneux hétérogène ; J trachéide transversale ; K parenchyme à paroi mince ; L cellule épithéliale ; M trachéide transversale non coupée ; N parenchyme à paroi épaisse ; O ponctuation aréolée radiale de trachéide de bois final ; O’ ponctuation aréolée radiale de bois final ; P ponctuation aréolée tangentielle ; Q épaississement callitroïdes ; R épaississement spiralé ; S ponctuation aréolée radiale ; 6-6a rayon ligneux hétérogène.
Plan tangentiel : 7-7a trachéide cloisonnée mixte ; 8-8a parenchyme longitudinale à paroi mince ; T parenchyme à paroi épaisse ; 9-9a canal résinifère longitudinal ; 10 rayon ligneux hétérogène ; U trachéide radiale ; V parenchyme de rayon ligneux ; W cellules épithéliales horizontales ; X canal résinifère horizontal ; Y anastomose entre canaux résinifères radial et longitudinal ; 11 rayon unisérié hétérogène ; 12 rayon unisérié homogène ; Z petite ponctuation aréolée tangentielle de bois final ; Z’ grosse ponctuation aréolée de bois final [Keller, 1994] .

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Table des matières

Introduction
Chapitre 1 Bibliographie
I. Généralité de l’anatomie du bois
1. Structure macroscopique
a. Formation du bois
i. Accroissement du bois
ii. Plan ligneux
iii. La variabilité du bois
b. Bois des résineux
c. Bois des feuillus
2. Ultra structure
a. Constitution de la paroi cellulaire
b. Composition chimique de la paroi cellulaire
c. Bois de réaction
i. Bois de compression
ii. Bois de tension
II. Comportement mécanique du bois
1. Comportement élastique
a. Influence de la température
b. Influence de l’humidité
c. Influence de la densité
2. Domaine plastique- mécanismes de rupture
3. Comportement viscoélastique
a. Condition constante du climat
b. Condition variable du climat
c. Modèle Kelvin Voigt – Modèle Maxwell
i. Modèle Kelvin Voigt
ii. Modèle Maxwell
4. Anisotropie et hétérogénéité
a. Anisotropie
b. Hétérogénéité
i. A l’échelle de l’arbre
ii. A l’échelle des tissus
III. Relations entre structure et comportement mécanique du bois
1. Echelle des tissus – Agencement cellulaire du bois dans le plan transversal
a. Résultats expérimentaux
b. Structure en nid d’abeille
2. Echelle de la paroi
a. Modélisation de la forme de cellule
i. Cellule symétrique
ii. Cellule antisymétrique
b. Couche G dans le bois de tension
3. Echelle des macromolécules – Cellulose cristalline
a. Structure cristalline et amorphe de la cellulose
b. Conversion de la cellulose cristalline
c. Cellulose type I : Iα et Iβ
IV. Conclusion
Chapitre 2 Méthodes et matériels
I. Méthode
1. Mesure du Module d’Young dans la direction longitudinale du peuplier – Micro
flexion 4 points
a. Principe de la flexion 4 points
b. Protocole expérimental
c. Choix de la géométrie des échantillons
d. L’infra –densité et la masse volumique des échantillons
i. Généralités
ii. La mesure de l’infra-densité pour ces séries d’essais
2. Mesure du Module d’Young de traction dans le plan transversal sous microscope
optique
a. Préparation des outils
i. Microscope optique
ii. Protocole de réalisation de l’essai
b. Choix de la géométrie des échantillons dans la direction radiale – mors de serrage
c. Choix de la géométrie des échantillons dans la direction tangentielle – mors de
collage
d. Protocole expérimental
i. Test du fonctionnement du mors de serrage
ii. Test du fonctionnement du mors de collage
e. Mesure de l’infra-densité des échantillons
f. Calcul de la déformation de l’échantillon par la méthode de corrélation d’image
i. Introduction
ii. Principe de la corrélation d’images
iii. Logiciel MeshPore – Principe et mode d’emploi
3. Essai de compression en grandes déformations sous le microscope électronique
a. Microscope électronique à balayage environnemental
b. Platine de compression
i. Calibration de la platine de traction- compression
ii. Calibration des capteurs de force
c. Détermination de l’effet du bâti
d. Mesure de la densité et de l’infra-densité des échantillons
II. Matériel végétal
1. Généralités
2. Usinage des micro-éprouvettes
a. Essai de flexion quatre points
i. Zones d’échantillonnage
ii. Usinage
b. Essai de traction simple
i. Zone d’échantillonnage
ii. Usinage
c. Essai de compression
i. Rondelle d’épicéa
ii. Rondelle de peuplier
iii. Prélèvement et préparation des échantillons
III. Conclusion
Chapitre 3 Caractérisation mécanique du bois de peuplier à l’échelle des tissus (bois normal, de réaction et opposé)
I. Essais de flexion quatre points du peuplier dans la direction longitudinale
1. Matériel végétal
2. Tests de flexion 4-points
a. Essais sur bois saturé
b. Essais sur bois sec
3. Essais définitifs en flexion longitudinale
a. Essais sur échantillons humides
b. Essais sur échantillons secs à l’air
II. Essais de traction dans le plan transverse
1. Matériel végétal
2. Test de traction dans le plan transversal
3. Essais définitifs dans le plan transversal
a. Essai de traction simple du peuplier de tension selon la direction radiale
b. Essai de traction simple du peuplier de tension selon la direction tangentielle
III. Résultats des essais mécaniques dans les trois directions du peuplier de tension
1. Essai de flexion quatre points dans la direction longitudinale
a. Echantillon humide
b. Echantillon sec à l’air
2. Essai de traction simple dans le plan transversal
3. Résultats et discutions
IV. Conclusion
Conclusion

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