[PDF] Utilisation en structures des résineux à faible densité

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Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr

LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 e/Il/s/t/i/h fCOLE DEa ET

F1lEOUIPE

LA QUALITE DES BOIS

~\"~E' IrP ~.'f: EcoleNationaleSupérieuredesTechnologiesdesIndustriesdu Bois

Jorge Daniel de MeloMoura

Présidentdujury:

M. A.Zoulalian

Rapporteurs:

M.BernardThibaut

M. AlainVergne

Examinateurs:

M. GillesDuchanois

M. José NivaldoGarcia

M.JeanMichelLeban

M.PhilippeMonchaux

M.Patrick

Martin

ProfesseurENSTIBUniversité HenriPoincaréNancy 1

DirecteurdeRecherches

CNRSlUM2 -Montpellier

Professeur

CUST -Clermont-Ferrand

Maître deConférences

ENSTIB -Epinal

ProfesseurAdjoint

Univ. de

Remerciements

Je tiens àremercierparticulièrement:

GillesDuchanois,poursacompétenceen mécanique, son aide dans lecontextedu

travail et sagénérosité,sans quoi ilauraitété impossible de menercetteétudeà son

terme.

Poursesconseils,son amitié et sonsoutienmoral,

JeanMichelLebanpourses conseils sur la qualité du bois, sur les modèles de croissanceet sonintérêtpourle travail. Aussipourson suivi et sonsoutienmoral, PascalTriboulottoutd'abord,pourm'avoiracceptécommethésard,pourses conseils et poursalectureminutieusedu travailannotéederemarquestoujoursgentilles et constructives, GérardNepveuqui m'aacceptédans sonlaboratoireet qui a mis à madispositionles moyenspossiblespourl'exécutiondu travail, KrzysztofKrajewskipourson aide et ses conseilsvaleureuxsur ladurabilitédu bois et sonintérêtpourmon travail, Hervévan Oostqui ma dirigé sur les analyseschromatographiques, FrédéricMothepourses conseils sur leretraitet lalecturedesmanuscrits, sacompétence, ChristianHerbépourm'avoir initié auxconnaissancesinformatiques,poursa disponibilité,son amitié, sonengagementenverstouslesstagiaireset son sens de l'humour, NathalieMorelpoursa sympathie, sabonnevolontéet son appuilogistique, LesStagiairesqui ont renducettepériodetrèsagréableetenrichissante.Je pense en particulierà LaurentSt-Andréqui a fait unepremièrelecturede la thèse, Lepersonnelde la QBqui m'asoutenu,etsurtoutpour l'ambiance familiale ettendre que j'aitrouvéedans celaboratoire, Pourtout lepersonneldel'ENSTIBqui atoujoursmontrédel'intérêtenvers moi et mon travail et qui a mis à madispositionles moyens matériels de l'école ainsi que ses compétencespersonnelles.Jeremerciede façonparticulièreJean-JacquesBalland, FrancisColin,pourson amitiéenversmoi et qui n'ajamaishésité àmettreà ma dispositionsesconnaissancesau niveau de labranchaison, aidédansl'organisationdu travail, DaniellePerrin etPauletteGuillempourlareproductiondumanuscrit,leur bonne volontéet leurjoie

Jeremercieenparticulierma femme

périodeet poursonamourenversmoi. Finalementje remercie Jésus Christ leSeigneuren qui tout a été créé et pour qui nousvivons. table des matières

TabledesMatières

Introductiongénérale

Chapitre1

Productionde lamatière

1.Introduction1

Objectifs1

Démarche adoptée2

2.Analysebibliographique4

2.1. Effets del'augmentationde la vitesse de croissance sur

lescaractéristiquesdendrométriquesdes arbres (âge, diamètreethauteur)4

2.2.Influencedespratiquessylvicolessur lespropriétésdu

bois table des matières

Chapitre 2

Influencede ladensitédu bois sur lespropriétésmécaniqueset sur le dimensionnementdesstructures

Introduction78

Objectifdel'étude80

2.Aperçubibliographique82

2.1.Densitéetpropriétésmécaniquessur le bois sansdéfaut82

2.2.Propriétésdu boisavecdéfauts84

2.2.1.Caractéristiquesdu boiscomposantle noeud et les

table desmatières

Chapitre3

Influencede ladensitédu bois sur lecomportementmécaniquedes assemblagesparconnecteursmétalliquessoumis à dessollicitations statiquesetcycliques

1.Introduction133

2.Analysebibliographique135

2.2.Sollicitationsstatiques136

2.2.1. Ladensitédu bois136

2.2.2Propriétésmécaniquesdu bois etpropriétésdes

assemblages139

2.2.3Orientationdesconnecteurs139

2.3.Sollicitationscycliques141

2.3.1. Effet descaractéristiquesdesmatériauxsur le

comportementdel'assemblage143

2.3.3.Fréquence- Taux dechargement144

Conclusionsde lapartiebibliographique145

3.Méthodesexpérimentales146

3.1. Lesassemblagestestés146

3.1.1.

Bois:tri etconditionnement..146

3.1.2.Eprouvettes146

3.1.3.Connecteur147

3.1.4.Dispositifd'essai.148

3.1.5.EssaisStatiques150

3.1.6.Essaisde fatigue.Description151

4.Résultats153

4.1.Evolutiondudéplacementrésiduelet de laraideurde

4.2.Energiedissipéepar cycle eténergiedissipéetotale154

4.3.Caractérisationde laruptureetprédictionde laduréede vie de

l'assemblage156

4.3.1. Effet de ladensitédu bois sur laraideurdel'assemblage156

4.3.2. Effet dudéchaussementduconnecteursur laraideuret

leglissement157

4.3.3.Duréede vie.Analysede larupture- limited'endurance159

4.3.4.Modesderupture160

5.Exempled'application165

5.1.Résultatsde laraideurdesassemblagessur lavariationde

volumeet demassede boisutilisédanslaréalisationde lafermette167

5.1.1.Résultatpourunefermette167

5.1.2.Pourl'ensemblede lastructure(6 fermes +grille

extérieure)171

6.Conclusions174

table des matières

Chapitre4

Influencede ladensitédu bois sur sespropriétésphysico-chimiques

1.Introduction177

2. Aperçubibliographique179

2.1.Durabiliténaturelle179

2.1.1.Résistancedu bois àl'attaquefongique179

2.1.2.Résistancedu bois àl'attaqued'insectes184

2.2. Retrait186

2.2.1. Facteursresponsablesdu retrait..186

2.3.Imprégnation194

2.3.1.Perméabilité194

2.4.Conclusionsde la partiebibliographique197

3.Résultats198

3.1.Durabiliténaturelle- Attaquesfongiques198

3.1.1.Matérielset méthodes198

3.1.2. Résultatsexpérimentaux201

3.2. Calcul desaugmentationsde volumes vis-à-vis de laprotection

contre le feu203

3.2.1.Equationsdedimensionnement204

3.2.2. Calcul de laprofondeurefficace decarbonisation

(det) d'une section205

3.3. Retrait206

3.3.1.Relationsutiliséesentre le retrait volumique et la densité

du bois207

3.3.2. Impact sur le volume209

3.3.3. Impact sur les sections210

3.4.Imprégnationet rétention desproduitsdepréservation211

3.4.1.Matérielset méthodes212

3.4.2.Analyseexpérimentale213

3.5. Impact de ladensitédu bois sur le traitement216

4.Conclusions217

Conclusiongénérale220

Référencesbibliographiques

1 GRUME

CERNESLARGES

INTRODUCTION

Introductiongénérale

introduction

Introductiongénérale

EnAmériqueduNord,depuisle début du siècle,l'intensificationdesmodesdegestion sylvicole despeuplementsrésineux s'estfaite par lepassagedel'exploitationde forêts naturelles(arbresvieux, degrandedimensionset

àcroissancelente)à \'exploitationde

peuplementsplantés(arbresplusjeuneset engénéralde plus faibles dimensions). EnEuropeet enFranceplusparticulièrement,depuis unecinquantained'années, l'intensificationde laconduitedesplantations s'estfaite par une diminutionprogressivedes Danslecadredes forêts deproduction,lesconséquencesdecetteévolutiongénéraleont conduittoutnaturellementforestiersettechnologuesdu bois

àévaluer sesconséquences

sur lespropriétésdu bois. C'estdans cecontextequerécemmentunProjetderecherchesfinancé par leCommunauté Européennea été mis enoeuvre(ContractN° CT 20143. AIR.Northernconifersin fast growingconditions:a steptowardsanadequate woodsupply for industry). CeProjetassociedeséquipesderecherchesspécialiséesdans lagestionforestière, l'améliorationgénétiqueet latechnologiedu bois. Il estcoordonnépar P.Monchaux, directeurdesrecherches àl'AssociationForêtCellulose,AFOCEL,qui est unorganisme Danslecadrede ceProjet,nous avonsproposéla mise enoeuvre d'uneanalyseintégréede la'chaînedeproductiondubois'.Ils'agit d'unepart de faire le point desconnaissances disponibleset d'autrepart de lesmettreenoeuvreaprès les avoircomplétées,pourévaluer defaçonquantifiéeles effets d'unchangementdemodedegestionsylvicole sur lesvolumes etpropriétésdes boisproduits.De plus, nousavonsintroduitici uneoriginalité: la prise en comptedescaractéristiquesduproduitfinal, enl'occurrencelescharpentesen bois. L'essenceque nous avonsétudiéeestl'Epicéacommuncar en France,c'estune essence importantequicouvreunesurfaced'environ720.000hanotammentdans lenord-estoù elle a étélargementintroduite,enparticulierà la suite des efforts dereboisementcommencésen

1947 avec l'aide duFondsForestierNational.

Savaleuréconomiqueestimportanteet sonutilisationest variée : menuiserie,charpente, caisserie,panneauxde fibre,papeterie,voire même lutherie. L'âged'exploitationactuel de l'épicéacommunet la sylviculture qui s'yattachefont que nousnousdirigeonsvers uneressourceàaccroissementslargespouvantposerdes introduction plus élevée desparcellesforestièreset une qualitésuffisammentbonne, ce quitraduitun souci légitime deconserverauxproduitsdesdébouchéssatisfaisants. En effet,l'augmentationde lavitessedecroissancesetraduitparl'augmentationde la largeurdescernesqui apourconséquenceune massevolumiqueplus faible et par suite des propriétésmécaniquesmoins bonnes. Pourles bois utilisés enstructure,les règlenormativesqui se fontjoursontbasées notammentsur desvaleursde massevolumiqueet delargeursdes cernes. Il estdonc légitime des'interrogersur lesconséquencesdecetteintensificationsylvicolepourl'un des débouchésnaturelsdel'Epicéacommunqui estl'usageenstructure. Leproblèmeest alors global etconcerne,autraversde la filièretouteentière: lacroissancedesarbreset lessylviculturesqui s'yattachent. lespropriétésdes boisproduits(largeurdescernes,massevolumique,branchaison) lesaspectsliés à la mise enoeuvretechnologiqueset lesusages(ici enstructures) de ces mêmes bois. Nousavons défini uncontextebien précispourcetteapprocheglobale. Ils'agitde comparertroistypesdescénariossylvicoles : unesylviculturetraditionnelleàfortedensité initiale deplantationet unesylvicultureplus intensive à faibledensitéinitiale deplantation et forteséclaircies(cedernierscénarioest, de plus, analysé en deuxrévolutions).Les bois provenantde cesscénariossont, par simulation, débités en pièces decharpentepuis mis en oeuvre. Ladémarcheque noussuivonsest pilotée parl'aval,aval qui est ici leproduit final:une structureporteusebois(charpente).Chaqueétapede la'chaînedeproductiondubois'est doncanalysée avec le souci decontribuerà lacaractérisationdespropriétésde ceproduit final,qu'ils'agissedesvolumesde bois ronds, durendementau sciage(coût),des propriétésportantes,desassemblages,de ladurabilité...etc. Dansunepremièrepartie, nousexaminonsles effets del'augmentationde lavitessede croissancedesarbressur laproductionenvolumeet sur la qualitétechnologiquede la volumiqueetbranchaison. Lerendementdessciageset l'influence que peutexercer introduction Dans undeuxièmetemps, lesconséquencessylvicoles sur lespropriétésmécaniquesdes boisproduitssontanalyséespar la prise encomptedesvariationsde la massevolumiquedu boispourdimensionnerunproduitfinalisé tel que lacharpente. Dans unetroisièmepartie,l'effortd'analyseportesur un thèmeencorepeu ou mal abordé, la rigidité desconnectionsmises enoeuvrepourlaconstructiondescharpentes.Ce point crucial pourunebonnevalorisationdu bois est analyséd'unepart en évaluant les performancesdedifférentestechniquesdeconnexionetd'autrepart en analysantl'effetde lavariationde la massevolumiquesur la qualité desconnections. Ladernièrepartieanalyse l'influence desconditionsdecroissancesur ladurabilitéet le traitementdes bois utilisés enstructure.Retrait(importanceliée auséchage)etrésistance au feu sontégalementabordés. Cetteapprocheglobalepermetd'avoir l'ensemble des élémentsd'appréciationtraitantdes conséquencestechnologiques(limitées ici extrêmes.

La figuresuivanteillustrenotreapproche.

C18 C22 C30

introduction

Augmentationde la

augmentationdelalargeurcernee baine

1))))))))ITll]

C18 C22 C30

Calcul destructures

duvolume

Ctu.dedensité·mécaniques

avec défaut

Eprouvettesdimensions

d'ompIoI GIIs

Fatigue

nalur'"

Attaque1Port••de

1Rétentionprodull

Retrait

Compon.mentMIfeu

Figure int 1Démarchegénéral adoptée dans letravail.Analyse del'influencede la vitesse de croissance surl'utilisationdu bois dans toute la chaîne de production.

CHAPITRE1

Chapitre1

Productionde lamatière

chapitre 1 - 1

1.Introduction

Unobjectifimportantdugestionnaireforestier,notammentprivé, estl'améliorationde larentabilitéde sa forêt.Dansle cas des résineux, leforestiervaporteruneattentiontoute particulière àladuréedesrotations,àla qualité des boisproduitsainsiqu'auxcoûtsengendrés par les choix sylvicolespossibles(préparationdes sols,densitésdeplantation,nombreset naturedeséclaircies,élagages...). Dans lecadredeplantations,il peuts'avérernécessairedepréparerle solnotammentpar des opérationsdedrainage,d'irrigationet defertilisation.Un choix initialimportantsera la densité deplantationainsi que lecalendrieret lanaturedes éclaircies.Lorsquelesdensitésde plantationsontfaibles etfavorisentdoncpeul'élagagenaturel, legestionnairesera amené à prévoirlaréalisationd'élagagesartificiels s'ilsouhaiteproduiredes bois sans noeuds.Toutes cesopérationsaurontdesconséquencessur lescaractéristiquesphysiques(massevolumique, angle du fil,retraits,nodosité...) etmécaniques(rigiditéetcontraintederupture)des bois produits.

Objectifs

L'objectifde cechapitreest demettreenoeuvreuneméthodequipermettralacomparaisonde plusieursscénariossylvicolesentreeux, du point de vue desvolumesproduitset despropriétés du boisobtenues.L'étudeestbaséesur lasimulationdecroissancedeplantationsmono spécifiques d'Epicéacommunpourune seule classe de fertilité. Cecontexted'étudeest motivé parl'intensificationprogressivede lasylviculturedel'épicéacommunet lesinquiétudesqui sontapparuessur laqualitédes boisproduits. chapitre 1 • 2

Démarcheadoptée

L'objectifpoursuivinous amène àétudierdeuxscénariossylvicoles qui sontreprésentatifsdes

conditionsdecroissanceextrêmes: l'un àcroissancelente etl'autre

àcroissancerapide. Les

deuxmodalitésdetraitementsontcomparéessur la mêmeduréederévolution(56 ans). Le scénarioàcroissancerapideest de plus analysé avec unehypothèsede deuxrévolutions(28 ans) sur lapériodederéférence(56 ans). Lesoutilsetméthodesmis enoeuvredanscetteapprochesont : - unmodèledecroissance, - desmodèlesdepropriétésdu bois, - unesimulationde débit, - une analyseglobaledescoûtsdeproductionpourchaquecas traité. Cetteméthodologieestdécritesur la figure 1.1. chapitre 1 - 3 changementdes conditions decroissance débit desarbres en billons débit des billons enavivés calcul desrendements des sciages classement des pièces calcul des frais et résultats Figure1.1:Structuregénéraleduchapitre.Analyse de la chaîne de la production de lamatière chapitre 1 - 4

2. Analysebibliographique

Ilexisteuneabondantelittératuresurl'étudedes effets del'intensificationde lagestion sylvicole sur lespropriétésdu bois des résineux. En effet, enAmériquedu

Nordnotamment,la

limitationprogressivede laressourceen bois de forêtsnaturelles(arbresvieux et degrandes dimensions)aconduit àla mise en place deplantations(Pinus elliottii, Pinus taedaet Douglas)qui sontsoumisesà desconditionsdecroissanceplusintensivesqu'ellesnel'étaient

en forêt naturelle. Lesmodificationsapportéesauxpropriétésdes boisrécoltés(cernesplus

larges,arbresplusjeunes)ontconduit

àungrandnombred'études.

Cesétudessont

d'unepartdédiéesà lacomparaisonentreles boisvenantde forêtsnaturelles et les boisprovenantdeplantationet d'autrepart,pourles bois deplantations,à des Dansce qui suit, nousavonschoisi lesexemplesqui illustrent le mieux lesprincipalesrelations entreconditionsdecroissanceetpropriétésdu bois.

2.1. Effets del'augmentationde la vitesse decroissance

sur lescaractéristiquesdendrométriquesdes arbres (âge, diamètreet hauteur) PEARSONetGILMORE(1980),dans leurétudedel'influencede lavitessedecroissancesur lespropriétésmécaniquesdu bois de Pinus taeda,ontétudié143 arbres dediamètressimilaires - lepremierétaitune forêtrégénéréenaturellement

àl'âge de 41 ans,

- ledeuxièmeétait uneplantationréalisée avec des graines ducommerceà l'âge de 25 ans

- letroisième,uneplantationexpérimentaledontles arbres de 15 ansprovenaientde parentssélectionnésen fonction de leur formerégulièreet de leurcroissancerapide. Lestroispeuplementsétaientsitués dans la mêmelocalitéenCarolinedu Sud(USA).Les deux

Pourletroisième,la moitié des

arbresavaientététraitésavec del'azote àl'âge de 7 ans etl'autremoitié n'avait pas été fertilisée. Letableau1.1montreclairementque lestraitementsylvicoles intensifs,permettentde réduire lesrévolutionsde 41 à15 ans sur un même site de fertilitépourobtenirdes dimensions chapitre 1 - 5 sciables. En effet lediamètremoyen desarbresestcomparablepourlesquatretypes de scénario.

Onnotecependantque lafertilisation

n'apas eubeaucoupd'effetspuisquelesdiamètres moyens dutémoinet de laplacettefertilisée sont semblables. Tableau1.1 -Caractéristiquesphysiques despeuplementsétudiés.Adapté dePEARSONet

GILMORE(1980).

PlantationdePinustaeda

Forêt

naturelle (41 ans)Non sélectionnéeGénétiquementsélectionnée(15 ans) (25 ans)FertiliséeNonfertilisée

Diamètre1,30m

(mm) moyenne minimum maximum

Diamètremoyende

boisjuvénileestimé (mm) 285
264
307
64297
252
363

125269

236
318

160267

234
328
L'étudedeMACPEAKet al(1987)portantsur des arbres(Pinus elliottii)de 25 ans et dequotesdbs_dbs50.pdfusesText_50

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