COURS DE PHYSIQUE DU BOIS SBOI

Mariella De La Cruz - Lefevre Objectif : Dcrire les principales proprits physiques, les mthodes de caractrisation et de qualification du matriau bois. Volumes horaires : - 1 C (18/11) - 3 TD (02/11 08/11 10/11) - Examen : 12 janvier 2011 (avec la partie thermique)

Programme Physique du bois1 - Introduction 1.1 Rappels sur lanatomie du bois 1.2 - Le bois matriau htrogne 1.3 - Le bois matriau anisotrope 1.4 - Le bois matriau hygroscopique 1.5 - La variabilit du bois 3- Le bois et leau 3.1 - Lhumidit du bois 3.2 Leau dans le bois 3.3 Lquilibre hygroscopique 3.4 Mthodes de mesure de lhumidit du bois

2 - Le bois matriau poreux 2.1 - Densit masse volumique 2.2 - Homognit - texture 2.3 Porosit

4 - Le retrait du bois 4.1 Le retrait - dfinition 4.2 Lanisotropie du retrait 4.3 Les consquences du retrait

Le matriau bois

La croissance de larbre

La croissance de larbre

La croissance de larbreLumire

Croissance en hauteur CO2 O2

Sve labore (eau + sucres labors par photosynthse)

Croissance en diamtre

Sve brute (eau + sels minraux)

La formation du boisDivision cellulaire

Cambium Liber Ecorce

Ce

e ed rn

ce an iss ro c

an

lle ue n

Jozsa, L.A. and G.R. Middleton. 1994.

Le bois est un ensemble de tissus parois lignifies, rsultant du fonctionnement, vers lintrieur de lassise gnratrice cambiale.

Le matriau bois :

Ecorce

Liber Cambium Duramen (ou bois parfait) Aubier

Coupe transversale de chne

Le matriau bois :

-matriau htrogne -matriau anisotrope -variabilit

Coupes transversales (rsineux)

Le bois : matriau anisotrope

Les trois plans ligneux du bois

Le bois : matriau anisotrope

Plan TR (section transversale)

Dbits :sur dosse sur maille

sur quartier

sur faux quartier

Plan LT (dosse)

Plan LR (quartier)

Le bois : matriau composite naturelL T Fibres du composite : cellulose cristallise Matrice : lignine amorphe (composite unidirectionnel renforc selon R) R T T L

R Elments de renfort

2 4 mm

Rayon

30 40 m

T

R

Le bois : matriau composite naturel

Industrie des composites : Fabrication de tuyaux par enroulement continu

La paroi cellulaire : Une succession de nappes composites fibres

Le bois : matriau composite naturelLRT cTAC TIO N

"FRAGILE"

RTRC

TR

50 MPa

COMPRESSION "DUCTILE"

eC Dformation plastique T

Dformation plastique C

RCeC cT RT RC

MICROFLAMBAGE

Le bois : matriau hygroscopique

Le bois perd ou gagne de lhumidit en fonction de lair ambiant qui lentoure.

British Columbia (Canada), Ministry of Forests. 1997.

Le matriau bois :30000 espces de vgtaux ligneux donnant du bois

Plan ligneuxRsineux (gymnospermes) "Softwood" Sapin Epica Douglas Pin maritime Pin sylvestre Mlze Feuillus (angiospermes) "Hardwood" Chne Htre Chtaignier Peuplier Bois tropicaux

Les diffrentes essences de bois

Elments du plan ligneux des bois rsineux

Elments du plan ligneux des bois feuillus

Rsineux

Feuillus Coupes transversales (au microscope)

Rsineux coupe axiale (au microscope)

Le bois matriau poreux: DensitDensit relative de 0,1 1,2

Ecorce Rayons ligneux

Densit relative de la matire ligneuse : 1,53

Duramen

Masse volumique et humidit Norme NF B 51-005

Densit

Bois de printemps

Bois d t

Mlze

Densit

Epica360 kg/m3

Douglas400 kg/m3

Elments du plan ligneux des bois feuillus

FeuillusA zone initiale poreuse A pores diffus

Feuillus zone initiale poreuse A zone semi-poreuse A pores diffus

Frne

Noyer

Bouleau

Htre560 kg/m3

Chne550 kg/m3

Le bois et leauLhumidit du bois est dfinie diffremment selon la masse de rfrence:

M MO H%= H x 100 MO MH MO X %= x 100 MHX H= 1 X

Utilise pour le bois et le papier Peut dpasser 100%

Utilise pour les bois ptes et les ptes papier Ne dpasse pas 100%

Le bois et leauAprs abattage, le bois est gorg deau. Une partie de cette eau doit tre vacue pour une utilisation optimale.

Leau dans le bois: Eau libre: dans les lumens Eau lie: dans les parois cellulaires Le bois perd ou gagne de lhumidit selon les conditions du milieu ambiant.

Le bois et leauquilibre hygroscopique des bois9020

85

18 16 15 14

Humidit relative de lair (%)

80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 0

13 12 11 10 9

Cette courbe permet de dterminer le taux dhumidit en fonction de la temprature et du taux dhumidit de lair ambiant.

8 7

6

5

4

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Temprature (en C)

Humidit dquilibre

Diagramme des isothermes de sorption

T sche (C) T humide (C) H relative de lair (%) H quilibre du bois (%)

50 40 52 8

45 30 35 6

Humidit dquilibre Isothermes de sorption

H

La temprature a un effet sur lhumidit dquilibre.

Humidit dquilibre Hystrse de sorption

H (%)

Humidit relative

Le bois et leauquilibre hygroscopique des boisLILLE 14-23

BREST 18-20

ROUEN 17-20 CAEN 16-20 RENNES 14-22 NANTES 14-22 PARIS 13-20 TOURS 12-20

REIMS 15-22

STRASBOURG 13-20

BOURGES 12-20

BELFORT 14-21

Valeurs moyennes de lquilibre hygroscopique des bois placs lextrieur. Les chiffres indiquent les deux valeurs moyennes extrmes sur une anne.

ANGOULEME 12-20 CLERMONTFERRAND 13-18

LYON 11-20

BORDEAUX 14-21

AVIGNON 10-15 NICE 15-17

TOULOUSE 12-21

MARSEILLE 11-16 PERPIGNAN 11-16

Le bois et leaulextrieur: 13% - 19% (moyenne nationale) Equilibre hygroscopique des bois placs lintrieur: 7% (hiver) 13% (t)

Le bois et leauMthodes de mesure de lhumidit du bois

Mthode par peses (norme NF B 51-004) Mthode lectrique Mthode par distillation (tolune) Mthodes chimiques Mthodes par rayonnement infrarouge

RECHERCHE INDUSTRIE

Le bois et leauMthodes de mesure de lhumidit du bois Mthode par peses (norme NF B 51-004)

1. Prlvement dune prouvette. 2. Pese (MH) avec une balance prcise 0,01g. 3. Dshydratation par dessiccation 103 2 jusq u C C masse constante. 4. Pese (MO) aprs refroidissement dans un dessiccateur.

M H MO H%= x 100 MO

Le bois et leauMthodes de mesure de lhumidit du bois Mthode lectrique Mesure de la rsistivitCapacit dun matriau s'opposer la circulation du courant lectrique

Mesure de la constante dilectriqueRponse dun milieu un champ lectrique appliqu par rapport un milieu de rfrence (vide)

Humidimtre pointes

Humidimtre contact

Le bois et leauMthodes de mesure de lhumidit du bois

Mthodes Par pese

Avantages Exactitude(application de la dfinition de lhumidit)

Inconvnients Lenteur Destructive

Electriques

Rapidit Non fiable pour: Non destructive H < 7% Mesure distance possible H > 30%(rsistivit)

Le bois et leauMthodes de mesure de lhumidit du bois Mthode par distillation (tolune)Permet dobtenir une valeur dhumidit plus prcise pour les bois ayant un contenu lev des substances extractibles volatiles (pin).

Mthodes chimiquesLe principe est bas sur une raction chimique de leau contenue dans le bois. Mthode de Karl Fisher.

Mthode par rayonnement infrarougeConvient seulement aux mesures de surface ou sur un matriel relativement mince.

Le bois et leauQualification normalise de lhumidit (norme NF B 51-002) Humidit Au-del du PSF Du PSF 23% De 22% 18% De 17% 13% Au-dessous de 13% 0%Bois ressuy : de 60% 25%

Qualification Vert Mi-sec Commercialement sec Sec lair Dessch (sec) Anhydre

Le retrait du boisPSF (~30 %)

AUCUN RETRAIT

RETRAIT

Eau libre

Eau lie

e1

e2 e1 = e2

e3> e3 > e4 > e5

e4

e5

Le retrait du boisLanisotropie du retrait

Le retrait du boisLanisotropie du retrait

Retrait tangentiel fort (10%)

Eau libre Eau lie ( dimprgnation )

Retrait axial (