Rozprawy doktorskie na temat „Identification des propriétés mécaniques du bois”

Le bois est en général étudié comme un matériau orthotrope et homogène, mais en réalité il existe des gradients de propriétés mécaniques et physiques dans chaque direction. En effet, le bois est constitué d’une alternance de cernes annuels de croissance constitués de bois d’été, de printemps et de transition. Ces cernes sont plus réguliers dans la plupart des résineux que dans les feuillus. Dans le présent document, on s’intéresse à l’étude et à l’identification des propriétés de diffusion hydrique d’un résineux à l’échelle du cerne, le sapin blanc du Massif Central. Une telle étude nécessite l’utilisation d’une technique de mesure de champ sans contact, ici la méthode de la grille. Cette dernière offre la possibilité d’observer l’hétérogénéité du bois à l’échelle du cerne avec des champs de déformations. Elle permet donc d’obtenir la réponse sous sollicitations hydriques des bois d’été et de printemps. Cette technique de mesure est couplée à une méthode d’identification inverse des paramètres de comportement hydrique que nous avons mise en place. Elle permet d’obtenir les coefficients de diffusion des bois d’été et de printemps dans la direction tangentielle de diffusion, ainsi que leurs coefficients d’expansion hydrique dans la direction radiale à partir des cartes de déformations obtenues par la méthode de la grille. La méthode de la grille est également utilisée pour l’étude du comportement du bois sous environnement constant ou variable, et sous contrainte mécanique de compression radiale. Des méthodes d’identification sont également proposées afin de déterminer les propriétés mécaniques selon la direction radiale du bois à l’échelle du cerne, ceci à partir des cartes de déformation
Wood is generally studied as an orthotropic and homogeneous material, but in reality there are gradients of mechanical and physical properties in each direction. Indeed, wood consists of summer and spring woods which manifest annual growth rings. These latter are more regular in most of softwoods than in hardwoods. In this paper, we are interested in studying and identifying the properties of a resinous under water diffusion, namely the white fir of the Massif Central. This study requires the use of a contacless full-field measurement technique. The grid method is used here. This latter offers the opportunity to observe the heterogeneity of wood at the ring scale through the strain fields. It thus provides the response of latewood and earlywood under water stress. This measurement technique is coupled with an inverse method to identify the water behavior parameters. This inverse method provides latewood and earlywood diffusion coefficients along the tangential diffusion direction, as well as their coefficients of expansion in the radial direction from the strain maps. The grid method is also used to study the behavior of wood under constant or variable environment when it is subjected to radial compression. Some identification methods are also proposed to determine from the deformation maps the mechanical properties along the radial direction of wood at the ring scale

Dans le domaine de l'ameublement, garantir la sécurité des structures conformément aux normes européennes représente un enjeu important pour les fabricants de meubles. Avant leur commercialisation, les meubles sont soumis à des tests de validation normalisés, qui ne permettent de connaître leur comportement mécanique qu'a posteriori. Cette thèse vise à développer des outils de modélisation et de simulation numérique pour prédire la rupture par fissuration au niveau des connexions entre les éléments de meuble. Pour atteindre cet objectif, l'approche méthodologique combine la modélisation et la simulation numérique avec des essais expérimentaux. Elle utilise la méthode des éléments finis couplée à des modèles de rupture/endommagement par champ de phase pour simuler la fissuration dans des matériaux élastiques linéaires isotropes et anisotropes, dans un cadre déterministe et probabiliste. Une campagne d'essais expérimentaux est menée sur des échantillons d'épicéa troués soumis en compression uniaxiale, afin de reproduire les mécanismes de fissuration observés dans des structures réelles, notamment dans les connexions de lits en hauteur. Une procédure d'identification est développée et mise en place pour caractériser les propriétés élastiques et d'endommagement de l'épicéa, en exploitant notamment des mesures expérimentales de champs de déplacement obtenues par corrélation d'images numériques. Une méthode d'accélération des simulations d'endommagement par champ de phase est proposée pour réduire leur coût élevé en temps de calcul. Cette approche permet de prédire, indépendamment du type de connexions, le déplacement ou la force critique précédant l'amorçage de la fissuration. Les résultats numériques indiquent que, sous réserve d'appliquer des conditions aux limites réalistes et d'avoir correctement identifié les propriétés du matériau, le critère d'amorçage de fissure s'avère utile pour prédire l'emplacement des zones potentiellement endommagées/fissurées et fournir un ordre de grandeur cohérent pour l'effort ou le déplacement nécessaire à l'initiation de la fissuration. Ce critère requiert seulement une unique simulation dans le domaine élastique linéaire, suivi d'un post-traitement avec un modèle d'endommagement par champ de phase, afin de faciliter son utilisation dans un contexte industriel, en particulier le secteur de l'ameublement. Les outils numériques développés, accessibles en open source, pourraient aider les industriels de l'ameublement à prédire la rupture fragile dans le bois et à optimiser la conception des meubles, tout en garantissant la conformité aux normes de sécurité
In the furniture industry, ensuring the safety of structures in accordance with European standards presents a significant challenge for furniture manufacturers. Before commercialization, furniture are subjected to standardized validation tests, which only allow for a retrospective understanding of its mechanical behavior. This thesis aims to develop modeling and numerical simulation tools to predict the cracking failure mechanism at the connections between furniture elements. To achieve this objective, the methodological approach combines modeling and numerical simulation with experimental testing. It employs the finite element method coupled with phase-field fracture/damage models to simulate cracking in linear elastic isotropic and anisotropic materials within a deterministic and probabilistic framework. An experimental testing campaign is conducted on perforated spruce wood samples subjected to uniaxial compression to reproduce the cracking mechanisms observed in real structures, particularly in the connections of high loft beds. An identification procedure is developed and implemented to characterize the elastic and damage properties of spruce wood, in particular by exploiting experimental displacement field measurements obtained through digital image correlation. A method for accelerating phase-field damage simulations is proposed to reduce their high computational cost. This approach allows for the prediction, independently of the type of connections, of the displacement or critical force preceding crack initiation. The numerical results indicate that, provided realistic boundary conditions are applied and the material properties are correctly identified, the crack initiation criterion is useful for predicting the location of potentially damaged/cracked areas and providing a consistent order of magnitude of the force or displacement required to initiate cracking. This criterion only requires a single linear elastic simulation, followed by a post-processing with a phase-field damage model, to facilitate its use in an industrial context, in particular the furniture sector. The numerical tools developed, available in open source, could help furniture manufacturers to predict brittle fracture in wood and optimize furniture design, while guaranteeing compliance with safety standards

Le but de cette thèse était d’identifier les mécanismes moléculaires responsables des propriétés particulières de la couche G et les propriétés mécaniques remarquables du bois de tension (BT). Trois acteurs moléculaires potentiels (des protéines à arabinogalactane avec domaine fasciclin-like (FLA), une protéine chitinase-like (CTL) et une β-galactosidase (BGAL)) ont été choisis et étudiés dans: analyse phylogénétique, analyses d'expression et caractérisation de peupliers transgéniques affectés dans l’expression de chacun de ces acteurs. La caractérisation fine de ce matériel a révélé que CTL2 et les FLA jouent un rôle dans la régulation de la cristallinité de la cellulose dans le BT. CTL2 apparaît également important dans l'organisation de la paroi cellulaire et des propriétés mécaniques des tiges. BGAL a été avant proposé pour une fonction dans modification de pectine RG-I potentiellement important pour des propriétés mécaniques de BT. Le bois de tension exhibe une activité BGAL plus élevée que dans le bois opposé. L’inhibition par RNAi de l’expression de BGAL7, spécifiquement exprimée dans le BT, n’est pas responsable à lui seul de la forte activité BGAL présente dans le BT. En contrepoint à l’étude menée sur le peuplier, nous avons également évalué la présence d’acteurs moléculaires potentiellement responsables des propriétés mécaniques du BT chez le simarouba qui développe dans leur BT des fibres ayant leurs sous-couches de la paroi intermédiaire entre la G et la S2. Des protéines à arabinogalactanes ainsi que des pectines du type RG-I sont présentes dans les fibres de BT de peuplier et de simarouba et pourraient avoir une fonction dans un mécanisme commun de génération des contraintes dans le BT. Finalement, un modèle est proposé sur le rôle présumé des différents acteurs moléculaires étudié dans la régulation des propriétés de la couche G et la génération des fortes contraintes du bois de tension
The aim of this thesis was to approach the underlying molecular mechanisms responsible for the particular properties of the G-layer and the outstanding mechanical properties of tension wood (TW). Accordingly, three potential molecular players (fasciclin-like arabinogalactan protein (FLA), chitinase-like protein (CTL) and β-galactosidase (BGAL)) were chosen and studied through a phylogenetic analysis, expression analyses and most importantly characterization of RNAi transgenic poplars. This multilevel characterization revealed that CTL2 and FLAs have function in the regulation of cellulose crystallinity in TW. CTL2 was also shown to be important both for the cell wall organization and stem mechanical properties. BGAL was studied in a light of the previously reported modifications of RG-I pectin, potentially important for the mechanical properties of TW. Study of BGAL revealed that the enzyme has higher activity in TW than in opposite wood. BGAL7, whose gene was expressed specifically in TW, does not seem to be responsible for the higher BGAL activity in TW. In comparison to poplar, we analyzed the occurrence of molecular players potentially responsible for TW mechanical properties in simarouba, a tropical species, which develops different TW fiber. Arabinogalactan proteins and RG-I pectin potentially targeted by BGAL were localized in TW fibers both in poplar and simarouba and therefore may be involved in a common mechanism of tensile stress generation in different TW types. A model was finally proposed to elucidate a potential function of the studied molecular players in the regulation of G-layer properties and tensile stress generation

L’objectif de cette thèse est de contribuer à la connaissance des caractéristiques des noeuds du bois dans la perspective de l'évaluation de leur influence sur le comportement mécanique de pièces de structure après les avoir repèrés et identifiés par des méthodes non destructives utilisant les micro-ondes. Nous montrons ainsi que le noeud ne doit pas seulement être caractérisé par le diamètre et la position de la partie différenciée de l'implantation de la branche dans le tronc, mais également par un ensemble de perturbations de la direction de fil et des caractéristiques mécaniques locales dans son environnement. Le premier développement de notre thèse consiste à donner un sens à la notion de zone péri-nodale en montrant que, sur une surface dont le rayon est environ trois fois celui du noeud, la masse volumique, les directions du fil vues dans un espace à trois dimensions et les coefficients de la matrice de rigidité subissent des modifications que nous évaluons. Le second développement de ce document porte sur l'interaction bois micro-ondes à 30 ghz et en polarimétrie. Nous établissons les premières valeurs connues des constantes diélectriques du bois à cette fréquence et confirmons l'hypothèse que le matériau est uniaxe. Nous étudions, sur éprouvettes, l'influence de l'angle de fil sur les caractéristiques d'ellipticité de l'onde après interaction. Nous montrons que les variations du grand axe de l'ellipse permettent de localiser précisément le centre du noeud et sa trace sur les deux faces de la planche. Le petit axe de l'ellipse apparaît bien relié aux déviations importantes de fil, ce qui permet de localiser également la zone péri-nodale

La densification du bois par injection de polymère ou par compression thermomécanique et traitements thermiques présente de plus en plus d’intérêt dans le domaine du bois. Ces traitements améliorent les propriétés du bois pour des applications spécifiques. Parmi ces procédés, la compression thermomécanique du bois a été développée depuis quelques années. Cependant, l’effet « mémoire de forme » du bois après absorption d’eau était un problème car il rendait le produit instable dimensionnellement. Le procédé de densification Thermo-Hygro-Mécanique (THM) du bois, un procédé combinant l'effet de la chaleur, de la vapeur et de la pression, permet d'augmenter la masse volumique du bois et favorise l’obtention d’un matériel stable dimensionnellement en limitant le retour viscoélastique ou springback. Ainsi, les objectifs du projet étaient de développer les paramètres du procédé THM nécessaires pour produire des placages à haute densité de peuplier faux tremble, peuplier hybride et érable à sucre et de caractériser leurs propriétés physiques et mécaniques. La densification de placages de 700×700× 4 mm a été réalisée à 140, 160, 180, 200 et 220°C dans une presse à injection de vapeur. Nous savons que la masse volumique anhydre est un bon indicateur des propriétés mécaniques. Après traitement THM, la masse volumique anhydre moyenne obtenue pour le peuplier faux- tremble passe de 388 à 812 kg.m-3, pour l’érable à sucre de 675 à 828 kg.m-3 et pour le peuplier hybride, de 348 à 708 kg.m-3. Les résultats montrent une amélioration de la stabilité dimensionnelle en fonction de la température utilisée lors du cycle de densification. Pour les propriétés mécaniques (flexion, traction, dureté Brinell), il y a une amélioration linéaire entre 140°C et 180°C. Entre 180 et 200°C les valeurs sont stables et presque le double de celles du bois non densifié. Elles diminuent ensuite jusqu’à 220°C. La colorimétrie révèle de façon objective et quantitative le changement de teinte du bois qui devient plus sombre de façon quasi linéaire plus la température augmente. En termes de rugosité, il y a une diminution des paramètres Ra et Rz avec la densification, qui se rapprochent de la valeur des plaques métalliques de la presse utilisée mais on note une augmentation à 220°C.

Pour cette étude, trois espèces de la forêt boréale ont été sélectionnées selon leur importance pour l’industrie forestière canadienne. Quinze billes de pin gris ont été récoltées au Lac Saint-Jean (Québec) puis sciées, séchées et testées afin de connaître le module d’élasticité statique (MOEstat) des pièces à 12% de teneur en humidité. Le même processus a été appliqué pour l’épinette noire provenant de la Côte Nord (Québec) et pour une plus grande quantité de billes (92) d’épinette blanche récoltées à la Forêt expérimentale de Petawawa (Ontario). L’objectif de ce travail consiste à déterminer la force des relations, à trois étapes du processus de transformation, entre les vitesses sonores, les modules d’élasticité dynamique (MOEdyn) et les MOEstat mesurés sur les pièces sciées. Des simulations ont aussi permis d’évaluer l’influence de la variation de la teneur en humidité sur la force de la relation entre le MOEstat et le MOEdyn pour les billes. Les résultats montrent que la force de la relation entre le MOEstat et le MOEdyn s’améliore lorsque la variation de la teneur en humidité du bois et la variation de la masse volumique anhydre de la bille sont connues, ce qui indique qu’il est préférable de mesurer directement la masse volumique de la bille lors de l’évaluation du MOEdyn.

Ce projet de maîtrise est réalisé sous la direction d’André Bégin-Drolet et Pierre Blanchet dans le cadre de la Chaire de recherche industrielle CRSNG – Canlak en finition des produits du bois d’intérieur (CRIF). L’objectif principal est de fournir des connaissances permettant de guider les processus de densification et d’augmentation de la dureté des lames de plancher d’ingénierie pour une production à l’échelle industrielle afin de rendre les planchers plus durables et résistants. La revue de littérature a, dans un premier temps, permis de conclure que l’imprégnation sous vide est la méthode de densification de surface la plus rapide et efficace dans le cas du bois. Les modèles discutés, dont celui de Fito et al.[1], ainsi que des modèles de mécanique des fluides, ont révélé les paramètres d’imprégnation optimaux. Parmi ceux-ci, il y a la viscosité de la formulation d’imprégnation qui doit être la plus faible possible afin de maximiser la pénétration dans les pores du bois. Le liquide s’imprègne en venant combler les pores du bois puis il se fige grâce à la polymérisation, rendant ainsi le bois plus durable. Dans un deuxième temps, il est proposé de faire de l’imprégnation sous vide en continu et de façon automatisée. Deux prototypes réels ont été conçus afin de confirmer les paramètres d’imprégnation choisis ainsi que de trouver une séquence d’opération. Finalement, un prototype automatisé permettant de faire l’imprégnation de planches de plancher d’ingénierie est présenté. Celui-ci est évalué à 125000$ pour les coûts totaux de fabrication et confère une cadence de production de 0.7 m²/s.
This master's project is carried out under the direction ofAndré Bégin-Drolet and Pierre Blanchet as part of the CRSNG – Canlak en finition des produits du bois d’intérieur (CRIF). The main objective is to provide knowledge to guide the densification and hardness increase of engineered floorboards of industrial scale production in order to make floors more durable and resistant. The literature review initially concluded that vacuum impregnation is the fastest and most effective method of surface densification for wood. The models discussed, including that of Fito et al.[1], as well as fluid mechanics models, revealed the optimal impregnation parameters. These include the viscosity of the impregnation formulation, which should be as low as possible in order to maximize penetration into the wood pores. The liquid impregnates by filling the pores of the wood and then sets through polymerization, making the wood more durable. In a second step, it is proposed to carry out vacuum impregnation continuously and automatically. Two real prototypes have been designed in order to confirm the chosen impregnation parameters as well as to find a sequence of operation. Finally, an automated prototype allowing the impregnation of engineering floor boards is presented. It is evaluated at $125,000 for total manufacturing costs and gives a production rate of 0.7 m²/sec.

Le comportement viscoélastique linéaire d'un matériau est mis en évidence grâce à des expériences de flexions quasi-statiques. Les premières, de type "double pendule, s'appuient sur des mesures de périodes et de décréments logarithmiques d'oscillations à une fréquence voisine du Hertz. Les secondes sont exploitées par interprétation des deux premiers modes de résonance à des fréquences de l'ordre de cent à mille hertz. Une théorie des flexions tenant compte du cisaillement, est exposée pour les solides orthotropes élastiques. Ces expériences mettent en évidence l'existence de dissipations hétérogènes dans les tissus initiaux et finaux de la matière ligneuse. Des valeurs de la tangente de l'angle de perte de l'ordre de 1. 7% pour les tissus initiaux contre 0. 6% pour les tissus finaux sont avancées à l'état ambiant pour l'épicéa. Utilisées pour caractériser les paramètres viscoélastiques du douglas, à des taux d'humidité successifs donnés de l'état anhydre à environ 20%, lors d'une élévation en temperature de 20°C à 60°C, montre l'existence de trois sources spécifiques de frottement interne. Une énergie d'activation thermique de 25 kcal/mol est proposée pour l'une d'entre elles. Une augmentation du taux d'humidité provoque un abaissement de la temperature du maximum de frottement, et une augmentation de l'amplitude de celui-ci. L’augmentation du module de conservation entre l'état anhydre et un état faiblement humide est confirmée

Anatomie et constituants du bois, phenomenes physiques lies a la migration d'eau et leurs consequences. Comportement du bois dans le domaine elastique lineaire, presentation d'une methode de caracterisation des plaques minces en flexion. Comportement differe du materiau bois: essai de fluage sur poutres consoles en flexion isocontrainte dans le domaine viscoelastique lineaire, modelisation des phenomenes observes. Sollicitation du materiau jusqu'a son epuisement, permettant d'etablir une loi de comportement en traction et comprehension simple. Proposition et validation d'un modele elastique plastique parfait

Le bois, en raison de sa structure particulière et de sa composition polymérique, est regardé comme un matériau orthotrope cylindrique et viscoélastique linéaire, dans le domaine des petites perturbations. Ce mémoire présente une méthode expérimentale de mesure du module dynamique d'un matériau, basée sur l'interprétation du spectre des fréquences en vibrations naturelles d'une poutre. En flexion, l'influence de la déformabilité en cisaillement étant prise en compte lors du dépouillement, la procédure s'applique de manière fiable et reproductible à toute poutre droite de section rectangulaire, y compris les éprouvettes normalisées pour les essais mécaniques sur le bois et ses dérivés. L’amortissement des mêmes vibrations naturelles fait l'objet d'une seconde procédure expérimentale. La grandeur caractéristique des frottements intérieurs est le décrément logarithmique, qui est calculé par ajustement sur l'enveloppe d'un mouvement propre. La chaîne d'acquisition commune aux deux procédures est composée d'un enregistreur numérique de transitoires, couplé à un micro-ordinateur type PC, pour lequel des programmes spécifiques ont été développés

Les éprouvettes de pin weymouth et de hêtre ont été imprégnées par la résine de pétrole SP80, avec ou sans compression plastique entre plateaux froids du bois préchauffé. On étudie les cinétiques de reprise d'humidité et des gonflements associés. Les bois imprégnés présentent une meilleure stabilité dimensionnelle, le traitement mixte conduisant à des conclusions plus réservées. La recherche de modélisations empiriques des propriétés mécaniques sous forme de régressions linéaires des paramètres caractéristiques des traitements n'ont pas donné de résultats statistiquement significatifs

La description du comportement différé du matériau bois dans la direction perpendiculaire aux fibres sous des conditions hydriques variables ou constantes est réalisée à partir d'essais de fluage sur des éprouvettes de pin maritime. L’analyse du fluage pour différents niveaux d'humidité constants met en évidence la signature de mécanismes élémentaires distincts, sources de comportement differé. Les courbes de fluage obtenues à différents niveaux d'humidités constantes se réduisent à une courbe maîtresse, par glissement sur l'axe des logarithmes du temps, en conséquence les paramètres physiques température et taux d'humidité sont des facteurs d'activation thermique et hydrique. Un modèle viscoélastique est construit à partir d'une association en série d'éléments de kelvin, chaque élément est thermiquement active par une loi du type Arrhenius et hydriquement activé. Des expériences de fluage en traction, compression et flexion en humidité variable montrent que le comportement du bois admet un état stationnaire limite après accommodation des cycles hydriques. Les cinétiques qui régissent les réponses transitoires en fluage, au cours des cycles hydriques, apparaissent comme sensibles à la vitesse de variation du taux d'humidité, la mobilité hydrique (valeur absolue de la vitesse de variation d'humidité) est alors un facteur d'activation
The description of creep behaviour across the grain direction under constant and varying moisture content is achieved on small specimens of maritime pine. Creep experiments in bending show several elementary mechanisms. These mechanism can be identified in the experimental window with the maximum creep rate both in the radial and tangential directions. A model using several linear rheological elements (Kelvin body) with a moisture content dependant delayed behaviour is used to simulate the creep. The elements can be matched with the identified mechanisms which appear during the creep experiment. A change of the moisture content level between 19% and 13% results on a shift of the master curve on the logarithmic axis. Creep experiments in tension, compression and bending prove the existence of a creep limit when the external load is below a critical stress level. The behaviour law for unsteady states of moisture content is formulated on the basis of hygroscopic activation. The absolute value of the moisture variation reduces the stiffness of the Kelvin body. The delayed response is considered as a viscoelastic behaviour accelerated by moisture content variation

La recherche et le développement effectué sur les poutrelles en I à base de bois a souvent eu recours aux essais expérimentaux et à des méthodes empiriques. Le panneau OSB (oriented stand board – panneau de lamelles orientées) s’est révélé être adapté lorsqu’il est utilisé comme âme dans ces poutrelles. Cependant, notre compréhension du comportement de cette âme en OSB pourrait être améliorée afin de mieux comprendre le comportement de ces poutrelles et d’en optimiser le design. L’objectif général de cette étude était de développer un modèle numérique permettant de simuler le comportement des poutrelles en I à base de bois afin d’avoir une meilleure compréhension de l’impact des propriétés de l’âme sur l’ensemble du système. Cet objectif a été poursuivi en spécifiant les trois objectifs spécifiques suivants : • Identifier les propriétés mécaniques de l’âme qui devraient être déterminées de manière expérimentale en fonction de leur impact sur la déflection des poutrelles et sur les déplacements relatifs causés par le cisaillement dans l’âme. • Déterminer les propriétés mécaniques requises pour l’âme en OSB, ainsi que leur variabilité, dans le développement d’un modèle numérique simulant les poutrelles en I en flexion. • Déterminer l’impact de la variabilité des propriétés mécaniques de l’âme en OSB sur le comportement en flexion des poutrelles en I. Pour identifier les propriétés mécaniques de l’âme importantes à être déterminées, une étude de sensibilité d’un modèle numérique basé sur la méthode par éléments finis (MEF) a été effectuée. Les propriétés mécaniques de l’âme ont été changées tour à tour dans le modèle, passant de 50% à 200% d’une valeur de référence pour déterminer leur impact sur la déflection de la poutrelle et sur le déplacement relatif en cisaillement dans l’âme. Le modèle s’est révélé être avant tout sensible au module de cisaillement dans le plan du panneau en modifiant la déflection de la poutrelle jusqu’à 23%. Le modèle s’est aussi montré sensible aux modules d’élasticité en tension de l’âme en OSB en directions parallèle et perpendiculaire à la longueur des poutrelles. La déflection de la poutrelle a respectivement été modifiée de 2% et 1% lorsque ces propriétés ont étés modifiées. Pour déterminer les propriétés mécaniques de l’âme en OSB requises et précédemment identifiées comme importantes ou sensibles du modèle pour l’âme en OSB, une méthodologie a été élaborée afin de déterminer les relations qui relient certaines propriétés mécaniques de l’OSB en fonction de la masse volumique de petits échantillons . Des panneaux OSB (n=40) ont d’abord étés scannés par rayons X afin de mesurer la masse volumique et d’en cartographier la variation dans le plan du panneau. Des échantillons ont étés découpés à partir de zones de masse volumique homogène selon trois orientations différentes (parallèle, perpendiculaire et à 45° par rapport à l’axe fort du panneau) afin de mesurer trois propriétés mécaniques requises pour un modèle élastique simulant l’âme en OSB d’une poutrelle en I : Les modules d’élasticité (MOE) parallèle et perpendiculaire à l’axe fort du panneau et le module de cisaillement (G). Étant donnée la faible taille des échantillons, le module de cisaillement à été déterminé suivant une équation de la mécanique des solides en utilisant une combinaison de MOE en tension dans le plan, incluant le MOE à 45°. Les résultats ont montré une forte relation entre la masse volumique de l’OSB et les propriétés mécaniques : les coefficients de détermination (R2) variant de 0,57 à 0,79. Cela a fourni les informations nécessaires pour inclure les propriétés mécaniques de l’OSB en fonction de la masse volumique dans un modèle simulant l’âme des poutrelles en I. Basé sur les équations de régression linéaire entre les propriétés mécaniques et la masse volumique, des augmentations de 207% du MOE en tension dans la direction parallèle, de 187% dans la direction perpendiculaire et de 172% à 45° ont été obtenues en passant de 600 à 900 kg/m3. L’équation utilisée pour déterminer le module de cisaillement s’est révélée juste et fiable. Finalement, pour déterminer l’impact de la variabilité des propriétés mécaniques de l’âme en OSB sur le comportement en flexion des poutrelles en I, plusieurs séries de simulations ont été effectuées. En premier lieu, la flèche et les déplacements relatifs en cisaillement dans l’âme ont été comparés à des résultats de simulation considérant une âme homogène et des résultats d’essais en laboratoire. Les résultats de simulation se sont révélés être près de ceux du laboratoire avec des différences de déflection se situant entre 9 et 24%. Les déplacements relatifs en cisaillement ont cependant été surestimés par le modèle. Les différences étaient potentiellement dues à la variabilité locale de masse volumique et des propriétés physiques et mécaniques l’OSB. Cette variabilité a été spécifiée dans le modèle en se basant sur les relations entre la masse volumique et les propriétés mécaniques de l’OSB préalablement établies. Les résultats de simulation considérant la variabilité des propriétés ont étés comparés avec d’autres considérant l’OSB comme étant homogène. La distribution des déplacements relatifs en cisaillement a été modifiée dans tous les cas et la flèche a en moyenne légèrement augmenté (moins de 1%). En se basant sur la relation entre la masse volumique et les propriétés mécanique des panneaux OSB, l’effet du profil de masse volumique selon l’épaisseur du panneau OSB a été considéré dans la simulation. Une augmentation de la flèche de l’ordre de 1% a été observée ainsi qu’un déplacement latéral de la semelle inférieure lorsque le profil de masse volumique vertical a été pris en compte. Il ressort de cette étude que l’OSB, en tant que matériau, a des propriétés mécaniques grandement variables à une échelle relativement petite. Ces propriétés, dont la plus influente est le module de cisaillement dans le plan du panneau, n’ont cependant pas un impact majeur sur le comportement des poutrelles en I en flexion dans le domaine élastique.
Research and development of wood I-joist design has often relied on laboratory testing and on empirical approach. Oriented strand board (OSB) has been used successfully as web material but its behavior within the I-joist needs to better be defined in order to improve wood I-joist design. The overall objective of this study is to develop a model that would simulate the deflection and shear strain of a wood I-joist in bending and to develop a better understanding of the web properties impact on the overall I-joist bending behavior. This was pursued by specifying three specific objectives: • Identify web mechanical properties that should be determined experimentally due to their impact on I-joist deflection and shear strain. • Determine the OSB web mechanical properties, including their variability, required to develop a finite element model of wood I-joist bending behavior. • Determine the impact of OSB physical and mechanical properties variability on I-joists bending behavior. To determine which OSB properties have higher impact on I-joist shear strain and deflection, a sensitivity study was performed with a finite element method (FEM) based model. The OSB mechanical properties were changed in a numerical model from 50% to 200% of the reference value to determine their impact on web shear strain and I-joist deflection. The model was primarily sensitive to in-plane web shear stiffness, which changed I-joist deflection up to 23%. The model was also sensitive to the web tensile modulus of elasticity parallel and perpendicular to joist length. These properties changed I-joist deflection up to 2% and 1%, respectively. The important or sensitive OSB web mechanical properties were determined by a methodology developed to obtain reliable mechanical properties of I-joists OSB web, including variability. OSB panel samples were scanned by X-rays to measure in-plane density variation. Specimens were cut from pre-defined homogeneous density areas in three different orientations (parallel, perpendicular, and diagonal to the strong axis) to measure three basic elastic properties required for an elastic model of I-joists OSB web: modulus of elasticity (MOE) parallel and perpendicular to the panel’s strong axis and shear modulus (G). Given the required small specimen size, shear modulus was determined using a combination of in-plane tensile MOEs, including MOE at 45 degrees. The results showed a strong relationship between OSB density and small-scale mechanical properties: coefficients of determination (R2) varied between 0.57 and 0.79. This provided information on I-joist OSB web mechanical properties as a function of density for input into a numerical model. Properties showed considerable variability in the 600–900 kg/m3 density range, with a 207% increase in tensile modulus of elasticity in the parallel direction, 187% in the perpendicular direction, and 172% at 45°. The mechanics-based OSB shear modulus equation used proved to be reliable. Finally, to determine the impact of OSB mechanical properties variability on I-joists bending behaviour, a series of simulations were performed. The inclusion OSB web heterogeneous properties over wood I-joist behavior in bending was investigated. The shear strain in the web and the I-joist deflection from full scale experimental results were first compared with model output considering homogeneous OSB web. Results showed a good correlation between simulated and full scale experimental bending test results values with deflection differences ranging from 9 to 24%. However, the model overestimated the shear strain. These differences were potentially due to the OSB local variability of density and mechanical properties. Based on a previously established density/properties relationship and on web OSB in-plane density mapping, OSB property heterogeneity was considered in the model. Simulation results including heterogeneous OSB properties (n=100) were then compared with those considering homogeneous properties (n=100). Shear strain distribution was altered in the web and a small (less than 1%) increase in deflection was observed. Based on density measured across the OSB web thickness and on the established density/properties relationship, simulations were performed to evaluate the effect of the vertical density profile on the simulated I-joist. A 1% deflection increase was observed as well as a lateral displacement of the bottom flange.

L'objectif est d'étudier l'influence de la température sur le comportement viscoélastique du bois humide perpendiculairement aux fibres. Deux axes d'étude sont présentés : étude expérimentale et modélisation rhéologique. Une essence guyanaise dense est choisie comme matériau d'étude : Bocoa prouacensis Aubl (Boco).

Le comportement élastique transverse des résineux a la particularité d'être fortement anisotrope. Il est de plus très hétérogène à certaines échelles. Les propriétés transverses sont enfin fortement variables d'une essence et d'une pièce de bois à l'autre. On propose ici une étude expérimentale et théorique de ce comportement. Ainsi, on descend à l'échelle cellulaire qui fait apparaître une grande diversité des formes. On construit alors un modèle géométrique de cellule capable de représenter la plupart des morphologies, et dont le comportement mécanique s'obtient par un calcul analytique. Dès lors, on explique et on quantifie les caractéristiques des résineux aux échelles supérieures, notamment l'orthotropie à toutes les échelles et l'hétérogénéité dans les cernes. Des comparaisons expérimentales appuient les résultats. La grande variabilité morphologique des cellules s'accompagne logiquement d'une très grande dispersion des raideurs microscopiques: de 1 à 10 pour certaines sollicitations. L'orthotropie macroscopique s'explique ensuite par l'agencement régulier des cellules dans le cerne. Paradoxalement, à cette échelle, dite méso, la grande disparité des cellules réduit la variabilité comportementale. Le passage aux éléments de construction voit la dispersion des modules élastiques moyens diminuer par l'association de nombreux cernes, pour atteindre quelques dizaines de pourcents seulement. Cependant le comportement élastique transverse des pièces de structure reste très variable. Il dépend fortement de l'orientation des cernes dans les sections et peut varier d'un facteur 5 d'une poutre à l'autre
[The elastic behavior of softwoods presents a huge anisotropy in the transverse plane. It is moreover very heterogeneous at some scales. Transverse mechanical properties also seem to be very different between species or from a piece of wood to another. Here is proposed an experimental and theoretical study of this behavior. To explain, it, at least the cellular scale must be observed. Many shapes of cells exist and an adaptative goemetric model of the cells has been constructed. An analytical calculus then gives the mechanical properties associated to this geometric model. Then the behavior of wood at upper scales is deduced from the morphology of cells in the annual rings. The anisotropy and the heterogeneity of spruce are quantified. Experimental data are compared to the theoretical results. The great variability of cellular shapes locally leads to a very important diversity in their stiffness, from 1 to 10 for some types of loads. Macroscopoic orthotropy come from the microscopic anisotropy but also depends on the regular assembly of cells in annual rings. The behavior of annual rings is less random than cell properties, paradoxically thanks to the great cellular variability. And when the transverse behavior of macroscopic wood pieces is measured, its variability decreases with the number of annual rings in the section, and reach only some ten percents. Nevertheless, the mean transverse elastic behavior of structure pieces is quite variable. It largely depends on the orientation and curvature of the annual rings. And the transverse stiffness can vary from 1 to 5 from one beam to another]

Une optimisation des conditions d'expérience favorables à la mesure des modules de cisaillement par la méthode du "cube unique" est faite moyennant une simulation numérique par éléments finis et la détermination des zones de comportement élastique lors des différents essais de cisaillement possibles sur un même cube. Les résultats obtenus sur 25 cubes de hêtre sont cohérents, leur confrontation à la littérature nécessite la prise en compte des paramètres, masse volumique et humidité des bois. Ceci a conduit à la proposition de modèles prévisionnels de comportement élastique tridimensionnel à partir des données disponibles dans la bibliographie sur 43 feuillus et 37 résineux séparément, le principal paramètre est la masse volumique des bois à des taux d'humidité voisins de 12%. La prise en compte de certains paramètres de la macrostructure des bois (les bois initial et final d'une part et la fraction volumique en rayons ligneux d'autre part) permet le perfectionnement des modèles prévisionnels en expliquant une part de la variabilité de l'anisotropie élastique

Ce travail vise à étendre le domaine d'application de la notion d'impédance thermique. L'objectif est de caractériser thermiquement des systèmes complexes hétérogènes et multiphasiques qui peuvent être évolutifs. La partie théorique introduit la notion d'impédance thermique. Le cas particulier d'un système tricouche, qui constitue la base d'identification de l'expérimentation, incluant l'instrumentation au système modélisé est présenté. La volonté de réduire le temps d'analyse complique fortement l'étude et dans ce cas l'instrumentation et les résistances de contact ne peuvent plus être négligées. La démarche générale utilisée est celle des "méthodes inverses", cette approche nécessite une étude théorique de sensibilité. Dans la zone de fréquences qui nous intéresse, le système est caractérisé par deux paramètres décorrélés : la résistance perturbatrice totale et l'effusivité du matériau. Le traitement de sollicitations quelconques implique le recours aux techniques issues de la théorie du signal dont les bases sont présentées. Les procédures employées dans le travail sont ensuite justifiées. La seconde partie est relative aux résultats expérimentaux. Une première étude concerne la caractérisation thermophysique d'un sol in situ sous sollicitations aléatoires naturelles. Ici, le milieu reste stable devant la période d'analyse. Ensuite nous illustrons la potentialité de la méthode par le suivi du processus de séchage d'un matériau poreux. L'évolution de l'impédance apparente dans une fenêtre glissante est reliée à celle de la teneur en eau du milieu. La troisième expérimentation présentée intégre la contrainte "durée d'observation" qui est réduite au maximum afin de minimiser la perturbation du système et d'autoriser une hypothèse de stationnarité locale pour un milieu évolutif. La mise au point se fait sur un matériau stable de référence, le béton, puis la méthode est appliquée à un matériau multiphasique, le sable.

La présente recherche a pour objectif l’étude de la variabilité intra-arbre des propriétés physico-mécaniques et chimiques ainsi que celle de la durabilité naturelle du bois de Wamba (Tessmania africana) à partir d’échantillons prélevés de deux arbres, à trois niveaux de hauteur (DHP, mi-hauteur et sous la cime) et deux positions radiales (aubier et duramen). Les résultats ont montré des valeurs moyennes de retrait total dans le duramen de l’arbre 1 de 4,76, 7,40, et 12,51 % pour les retraits radial, tangentiel et volumique respectivement. Ces retraits se sont révélés très similaires dans le duramen des deux arbres avec une progression croissante de la base du tronc vers la cime. L’aubier a donné des moyennes légèrement inférieures. La masse volumique basale du bois de Wamba s’est avérée sensiblement la même dans les deux arbres avec respectivement pour l’aubier et le duramen de l’arbre 1 des valeurs de 677 kg/m3 et 712 kg/m3. Les valeurs correspondantes de la masse volumique anhydre furent de 762 et 812 kg/m3. À l’instar du retrait, la masse volumique augmente de la base du tronc vers la cime dans le duramen et atteint une valeur maximale à mi-hauteur dans l’aubier. Les résultats ont également permis d’observer une corrélation très significative entre la masse volumique basale et le retrait tangentiel total. Les valeurs moyennes du module d’élasticité en compression longitudinale furent de 15,6 GPa dans l’aubier et de 18,6 GPa dans le duramen. Celles de la contrainte maximale furent de 65,2 MPa dans l’aubier et 79,9 MPa dans le duramen. Les composés phénoliques ont montré des corrélations allant de significatives à très significatives avec les propriétés mécaniques. Hormis les pentosanes, le test de Student n’a signalé aucune différence significative de la concentration des constituants primaires dans les positions radiale et longitudinale. L’analyse des minéraux n’a détecté aucune présence de silice. La moyenne globale de teneur en extraits après sommation des rendements à l’éthanol-toluène et à l’eau chaude dans l’arbre 1 a donné 10,1 % dans le duramen et 7,5 % dans l’aubier, et des valeurs très similaires dans l’arbre 2. Les teneurs en polyphénols déterminées par spectroscopie UV sont plus importantes dans le duramen, particulièrement à mi-hauteur. L’analyse GC-MS des phytostérols a indiqué la présence de gamma-sitostérol, stigmastérol et de la bétuline, trois molécules intéressantes avec des activités anti-inflammatoires, antivirales, anti-VIH et hépato-protectrices. Les composés phénoliques expliqueraient en grande partie la résistance aux pourritures du duramen du bois de Wamba trouvé comme très durable.
The aim of the present research is to study the intra-tree variability of the physico-mechanical and chemical properties as well as the natural durability of Wamba wood (Tessmania africana) from specimens taken in two trees at three levels of height (DHP, mid-height and under the crown) and two radial positions (sapwood and heartwood). The results showed mean values of total shrinkage in the heartwood of tree 1 of 4.76, 7.40, and 12.51% for radial, tangential and volumetric shrinkages respectively. The shrinkage values were very similar in the heartwood of the two trees with an increasing progression from the base of the trunk towards the crown. Sapwood gave slightly lower mean values. The basic density of Wamba proved to be about the same in both trees with respectively for the sapwood and heartwood of tree 1 mean values of 677 and 712 kg/m3. The corresponding mean values for the oven-dry density were 762 and 812 kg/m3. As for the shrinkage variation, the density increases from the base of the trunk towards the crown in heartwood and reaches a maximum value at mid-height in sapwood. The results also made it possible to observe a very significant correlation between the basic density and the total tangential shrinkage. The mean values of the modulus of elasticity in longitudinal compression were 15.6 GPa in sapwood and 18.6 GPa in heartwood. Those of the maximum compressive stress were 65.2 MPa in sapwood and 79.9 MPa in heartwood. The phenolic compounds showed correlations going from significant to very significant with the mechanical properties. Except for pentosans, the Student test carried out on the primary components of the wood Wamba did not show any significant difference in their concentration in the radial and longitudinal positions. The analysis of minerals did not detect any presence of silica. The total average content of extractives after sequence extraction with ethanol-toluene and hot water in tree 1 gave 10.1% in heartwood and 7.5% in sapwood, and very similar values in tree 2. The polyphenol contents determined by UV spectroscopy are more important in heartwood, particularly at mid-height. GC-MS analysis of phytosterols indicated the presence of gamma-sitosterol, stigmasterol and of betulin, three interesting molecules for their anti-inflammatory, antiviral, anti-VIH, and hépato-protective activities. The phenolic compounds would mainly explain the decay resistance of the heartwood of Wamba, which was found as very durable.

Les propriétés de flexion et la stabilité dimensionnelle sont des propriétés déterminantes pour le potentiel d’utilisation du bois dans les structures de bâtiments et les produits à valeur ajoutée. Une connaissance détaillée des patrons de variation des propriétés du bois à l’intérieur de l’arbre est essentielle pour optimiser l’usage de cette ressource renouvelable et développer des produits hautement performants. L’objectif général de cette recherche doctorale était de caractériser et modéliser les patrons de variation des propriétés de flexion et de la stabilité dimensionnelle du bois à l’intérieur de l’arbre en fonction de différents paramètres (l’âge cambial, hauteur dans la tige, largeur des cernes) et en tenant compte de l’historique des peuplements. Cet objectif fut poursuivi au moyen des objectifs spécifiques suivants: décrire le patron de variation des propriétés physico-mécaniques de la moelle vers l’écorce (c.-à-d. en fonction de l’âge cambial) et dans l’axe longitudinal de la tige ; modéliser l’effet du taux de croissance radiale sur les propriétés physico-mécaniques ; modéliser l’effet de la masse volumique basale du bois sur les propriétés physico-mécaniques et examiner les différences entre les deux types de structures de peuplements (régulier et irrégulier). L’étude a porté sur l’épinette noire (Picea mariana [Mill.] B.S.P), une espèce de grande importance commerciale au Canada. Soixante arbres ont été échantillonnés dans 12 peuplements localisés au nord et au sud de la Côte-Nord, 30 arbres dans 6 peuplements de la région de l’Abitibi-Témiscamingue et 42 arbres provenant de la région du Lac-Saint-Jean. Une approche de modélisation statistique a été utilisée pour rapporter les paramètres de résistance à la flexion, de rigidité et de stabilité dimensionnelle à des variables telles que l'âge cambial et le taux de croissance annuel. Les peuplements ont été échantillonnés avec un temps connu depuis le passage du dernier feu, car cela est connu pour influencer la structure du peuplement et la croissance des arbres. Les résultats ont confirmé que l'âge cambial est clairement la source la plus importante de la variation en direction radiale des propriétés du bois, lequel pourrait être utilisé comme variable prédictive. La largeur des cernes annuels a eu une influence additionnelle faible pour expliquer les variations des propriétés mécaniques et celles de stabilité dimensionnelle. Le bois des arbres à croissance plus rapide des peuplements réguliers avait des propriétés mécaniques supérieures, et était moins stable en termes de dimensions. Les arbres à croissance lente issus de peuplements irréguliers pourraient produire du bois final moins dense, ce qui tendrait à diminuer les propriétés
Bending strength, stiffness, and dimensional stability of wood are determining properties fortheir potential use in building structure and added-value products. A detailed knowledge of the variation patterns of the properties inside a tree is essential to optimize the use of this renewable resource and to develop high-performance products. This PhD project’s goal is to characterize and model the variation pattern for bending strength, stiffness, and dimensional stability within the tree as a function of different parameters (radial distance, the height ofthe stem, the ring width) and taking into account the history of the stands. This general objective was pursued by the means of the specific objectives to : 1) describe the variation pattern of the physico-mechanical properties from pith to the bark (i.e. as a function ofcambial age) and in the longitudinal axis of the stem; 2) model the effect of the radial growth rate on the physico-mechanical properties; 3) model the effect of the basic specific densityon the physico-mechanical properties and examine the differences between the two types of stand structures (regular and irregular). The study focused on black spruce (Picea mariana[Mill.] B.S.P.), a species of high commercial importance in Canada. Sixty trees were sampled in twelve stands located north and south of the North Shore region, thirty trees in six standsin Abitibi-Témiscamingue and forty-two trees from Lac Saint-Jean. This study used astatistical modelling approach to relate flexural strength, stiffness and dimensional stability parameters to variables such as cambial age and annual growth rate. The stands were sampled with a known time since the last fire because this is known to influence stand structure and tree growth. The results confirmed that cambial age is clearly the most important source ofradial direction variation in wood properties, which could be used as a predictive variable. The ring width had a small additional influence to explain the variations in mechanical and dimensional stability properties. The fast-growing wood in regular stands had superior mechanical properties and were less dimensionally stable. Slow-growing trees from unevenaged, irregular stands may produce less dense late wood, which would tend to reduce mechanical properties and increase the dimensional stability of the material. Thus, these properties may be affected by the patterns of intra-ring variation in wood density. The effect of stand type on the wood physico-mechanical properties may also be due to the presence of mild compression wood, which can occur in trees of layer origin or in trees subjected togreater or more complex mechanical stimuli. Analyses also indicate that wood density and cambial age measurements can be used to estimate dimensional stability and mechanical properties. In addition, prediction indices have shown that it is preferable to predict dimensional stability from MOE and cambial age measurements rather than opting for the opposite case, i.e., estimating mechanical properties from dimensional stability. These results could have practical implications for decision-making in forest management and wood allocation. The selection of forest stands to produce black spruce wood for either high dimensional stability or high mechanical properties may be an interesting option that emerges from our results. In general, the modelling results were able to clearly characterize the differences between the two types of stand structures. However, further fundamental researchis needed to elucidate the mechanisms of wood formation that are responsible for differences in properties related to the growth environment in these two types of stand, including the internal structure of growth rings and the ultrastructure and chemical composition of the cell wall of wood tracheids, in order to obtain a more complete tool of simulation of wood qualityfor black spruce.

L’objectif principal de cette thèse a été d’élargir les connaissances sur l’influence de la structure du bois sur ses propriétés physico-mécaniques. Huit espèces feuillues, trois tempérées et cinq tropicales, ont été étudiées dans le but d’avoir une plus grande diversité des caractéristiques anatomiques. Deux techniques expérimentales (solutions salines saturées et membrane poreuse sous pression) ont été utilisées pour la réalisation des essais de sorption à 25ºC. Celles-ci ont été couplées avec des tests de propriétés physiques et mécaniques du bois. Des analyses de résonance magnétique nucléaire (RMN) ont été réalisées dans le but de dissocier les différents types d’eau durant la désorption d’humidité. Les caractéristiques de la structure du bois ont été déterminées par des essais d’anatomie quantitative et de porosimétrie au mercure (PM). Le présent travail a montré qu’à l’équilibre de sorption, le retrait du bois a commencé avant que le point de saturation des fibres (PSF) soit atteint. Les changements de résistance mécanique en compression tangentielle ont aussi débutés avant le PSF. Ces résultats indiquent que la perte de l’eau liée a lieu en présence de l’eau liquide; cette dernière resterait principalement dans les éléments les moins perméables du bois, soit les rayons ligneux. L’humidité d’équilibre à laquelle débute la perte de l’eau liée a varié largement selon l’espèce de bois et a donc été influencée par la structure du bois. Des analyses de RMN ont confirmé que, même à l’équilibre, l’eau liquide est présente à des humidités bien en-dessous du PSF. Les résultats de RMN ont donc corroboré l’hypothèse selon laquelle, en condition d’équilibre d’humidité, il existe un domaine d’humidité où la perte de l’eau liée a lieu en présence de l’eau liquide. À hautes teneurs en humidité d’équilibre, les courbes de désorption ont largement varié selon les espèces étudiées. Les résultats d’anatomie quantitative et de PM se sont montrés utiles à la compréhension de l’influence de la structure du bois sur les relations eau-bois. D’autre part, les propriétés dimensionnelles du bois ont largement varié selon les espèces. Les espèces tempérées ont eu un retrait plus élevé que les espèces tropicales à une masse volumique comparable. Finalement, la présente thèse fournit des informations sur des aspects fondamentaux des relations eau-bois, lesquelles se révèlent très importantes pour une meilleure utilisation de ce matériau.
The main objective of this work is to improve the knowledge of the influence of the wood structure on its physical and mechanical properties. Three temperate and five tropical hardwoods were studied in order to have a high diversity of anatomical properties. Two experimental techniques (saturated salt solutions and pressure membrane method) were used to perform moisture sorption tests at 25ºC. These sorption tests were combined with physical and mechanical property measurements. The nuclear magnetic resonance (NMR) technique was used in order to separate different components of water in wood during desorption. The porous structure of these hardwoods was characterized by mercury intrusion porosimetry (MIP) and by quantitative anatomical analyses. The results showed that at equilibrium moisture content, radial, tangential and volumetric shrinkage, as well as changes in transverse strength, occur above the fiber saturation point (FSP). This result indicates that the loss of bound water takes place in the presence of liquid water. This remaining liquid water would be entrapped on the least permeable tissue elements (ray parenchyma). The initial equilibrium moisture content (EMC) at which bound water starts to be removed varied largely among wood species. The NMR results confirmed that, even at equilibrated conditions, a region exists where the loss of liquid water and bound water take place simultaneously. This region will vary according to the wood structure. Liquid water was present at EMC values lower than the fiber saturation point, which contradicts the concept of this point. At higher values of relative humidity the desorption curves largely varied among species. Quantitative anatomical and MIP results were useful to a better comprehension of the influence of wood structure on the wood - water relationships. Concerning the dimensional properties, a large variation of the shrinkage values was observed among the species studied. Temperate species had larger shrinkage values and the basic density was not correlated with shrinkage when temperate and tropical values were analyzed together. Finally, the present work gives information about fundamental aspects of wood – water relationships, which are important for a better utilization of this material.

Un outil d'analyse de l'état mécanique de la section droite d'une tige est proposé, à l'usage du forestier ou du technologue du bois. Il tient compte de l'apport de matière au cours de la croissance radiale. L'interprêtation de la bibliographie permet de qualifier les données utiles qui sont la loi de comportement thermo x-élastique, tridimensionnelle, orthotrope, du bois, la géométrie de la section droite hétérogene, et le chargement (efforts extérieurs ou variation de paramètres x, physico-chimiques). Des cas standards sont ainsi définis (résineux, feuillu, bois juvénile, de réaction, fibre torse. . . ), typiques d'une situation mécanique. Trois champs d'applications sont enfin développés: 1) la stimulation d'un chargement climatique (gel ou sêcheresse) met en évidence des contraintes internes qui contribuent à l'apparition de fentes sur pied ; 2) l'effet des efforts externes tels que les poids (neige, poids propre) est analysé. Du fait de la croissance secondaire, les champs de contraintes de support dû au poids propre sont tout à fait non conventionnels ; 3) les contraintes internes de croissance résultent de la maturation du bois. Ce phénomène est le moteur d'une régulation du port de l'arbre par l'activité cambiale. Les effets de la dissymétrie angulaire ainsi que d'une possible croissance excentrée sont intégrés dans le modèle mécanique.

Pour les industries du bois, une meilleure connaissance du comportement de leur matériau devient une obligation pour des raisons, à la fois économiques et de productivité. Pour les fabricants, comme pour les utilisateurs d'outils et de machines, les informations concernant le comportement du bois, et plus particulièrement les efforts engendrés lors de la coupe pour séparer le copeau, sont indispensables. En fait, la maîtrise des efforts de coupe est quelque chose d'essentiel : Pour estimer le comportement du bois et l'état de surface qui sera obtenu; de façon à toujours travailler dans les limites des capabilités machine; pour optimiser les conditions de coupe. Toutefois, aujourd'hui, pour estimer les efforts de coupe, un facteur reste difficile à prendre en considération : l'influence du matériau bois. Le but principal de ce travail est d'estimer l'influence de ce dernier sur les efforts de coupe, afin d'améliorer la précision de leur calcul. Ce travail porte sur l'étude de quatorze essences de bois exotiques dans le mode coupe 90-0. L'influence des caractéristiques mécaniques impliquées dans ce processus de coupe (dureté, ténacité, compression et cisaillement parallèle aux fibres) est étudiée; et différents modèles permettant d'estimer avec plus de précision le comportement générale du bois pendant la coupe, ont pu être obtenus (avec plus de 80% de la variation des efforts de coupe expliquée). Les caractéristiques mécaniques semblent donc être un moyen efficace pour estimer de façon précise le comportement général du bois pendant la coupe. En complément de ce travail, une méthode différente a été utilisée pour estimer de façon rapide et facile les efforts de coupe engendrés : le pendule de Chardin. Les résultats obtenus, bien que très satisfaisants, n'ont pas permis d'apporter plus de précision que les caractéristiques mécaniques. Enfin, dans la quatrième partie de ce mémoire, une application de l'ensemble de ces résultats à la méthodologie du Couple Outil Matière (COM) a été réalisée, en permettant une estimation plus précise des conditions de coupe et une optimisation des paramètres d'usinage
For wood industries, a better knowledge of material behaviour during machining became an obligation for economical and productive reasons : with equipment adapted to manufactures needs. Woodworking machinery and tools manufacturers, as well as their users, urgently require reliable information on the main factors influencing wood cutting and above all on the magnitude of the force required to separate a chip, i. E the cutting force and its variations in different cases. In fact, the control of cutting forces during wood machining is something absolutely essential : to estimate wood behaviour and surface quality; to work in respect of tool capability; to optimised cutting conditions. However, today, to estimate cutting forces, a factor remains difficult to take in consideration : the influence of wood species. The aim of this study is to approach the influence of "the wood species" factor on cutting forces involved during machining, to give more precision to the relation. These investigations deals with the study of fourteen exotics wood species in the 90-0 cutting process. The influence of mechanical characteristics generally described in the literature and involved in this cutting process (hardness, tenacity, compression and shearing parallel to the grain) was studied and some formulations was obtained which allowed to estimate more precisely strains involved and general behaviour of wood during machining (with an explanation of more than 80% of the variation of cutting forces). These mechanical characteristics seems to be an easy solution to understand the general mechanical behaviour of each wood species studied during machining. In addition of this work, another method was used to estimate easily and quickly cutting forces involved during machining : Chardin's pendulum. Results obtained are promising but give less precision than mechanical parameters. Finally, in the fourth part of this memory, an application of all these results to the methodology of the Couple Tool Material (COM) was realised, and allowed to give more precision in the estimation of good cutting conditions and in the optimisation of machining parameters

Les performances mécaniques des matériaux composites dépendent non seulement des caractéristiques des charges et matrice utilisées,mais aussi de la qualité de l'interface entre constituants. Ainsi, une mauvaise adhésion interfaciale entraîne généralement une dégradation du comportement du composite, qui peut être assimilée à un endommagement global pour le matériau. Le but de cette étude est de proposer un moyen de caractérisation rapide de l'endommagement de matériaux à partir d'analyses mécaniques vibratoires. En effet, une mauvaise cohésion au sein du matériau peut conduire à des phénomènes de friction qui tendent à augmenter le niveau d'amortissement de sa réponse dynamique. Plusieurs techniques expérimentales, dont certaines reposent sur l'analyse des fréquences de résonance de la structure, sont présentées dans cette étude. Les propriétés viscoélastiques de matériaux composites particulaires à matrice polymère sont ainsi analysées. Certains paramètres d'élaboration de ces matériaux modèles ont été ajustés afin de créer des niveaux d'endommagement différents mais contrôlable. Les résultats obtenus, en particulier en ce qui concerne le facteur de perte, sont interprétés sur la base d'une comparaison avec des modèles analytiques simples d'homogénéisation
The mechanical performance of composites depends not only on the characteristics of fillers and matrix used, but also on the quality of interface between these constituents. Thus, poor interfacial adhesion generally results in a decrease of the behavior of composite, which may be likened to an overall damage of the material. The purpose of this study is to propose a means of quick characterization of materials damage from mechanical vibrations analyses. Indeed, bad cohesion within thematerial can lead to friction phenomena, which tend to increase the damping level of its dynamic response. Several experimental techniques, some of which based on the analysis of the structural resonant frequencies, are presented in this study. The viscoelastic properties of particulate composites with polymer matrix are analyzed. Some design parameters of these model materials have been tuned, in order to create different damage levels. The results, particularly in regard to the loss factor, are interpreted from a comparison with simple analytical homogenization models

Les performances mécaniques des matériaux composites dépendent non seulement des caractéristiques des charges et matrice utilisées,mais aussi de la qualité de l'interface entre constituants. Ainsi, une mauvaise adhésion interfaciale entraîne généralement une dégradation du comportement du composite, qui peut être assimilée à un endommagement global pour le matériau. Le but de cette étude est de proposer un moyen de caractérisation rapide de l'endommagement de matériaux à partir d'analyses mécaniques vibratoires. En effet, une mauvaise cohésion au sein du matériau peut conduire à des phénomènes de friction qui tendent à augmenter le niveau d'amortissement de sa réponse dynamique. Plusieurs techniques expérimentales, dont certaines reposent sur l'analyse des fréquences de résonance de la structure, sont présentées dans cette étude. Les propriétés viscoélastiques de matériaux composites particulaires à matrice polymère sont ainsi analysées. Certains paramètres d'élaboration de ces matériaux modèles ont été ajustés afin de créer des niveaux d'endommagement différents mais contrôlable. Les résultats obtenus, en particulier en ce qui concerne le facteur de perte, sont interprétés sur la base d'une comparaison avec des modèles analytiques simples d'homogénéisation.

Apres un rappel des caractéristiques principales du comportement des geomateriaux, nous présentons dans le second chapitre un modèle de comportement générique pour les milieux granulaires base uniquement sur le critère de glissement de coulomb, le concept d'état critique et la loi de dilatance de roscoe. Nous proposons ensuite trois extensions de ce modèle générique en faisant appel à la théorie des multimecanismes dans laquelle plusieurs sources de plasticité sont introduites. La première extension correspond au cas de plusieurs directions de glissements simultanées, la seconde extension permet de retrouver le modèle orthotrope de hujeux alors que la troisième conduit à un modèle orthotrope dans les axes principaux des contraintes. Dans un troisième chapitre, nous nous intéressons au problème de l'intégration locale des lois de comportement multimecanismes. Divers algorithmes sont testes et de nombreux résultats numériques sont présentes. Un effort particulier a été mené sur la technologie à mettre en oeuvre ainsi que le contrôle du choix automatique du pas de discrétisation dans le cas des modèles multimecanismes couples. Le dernier chapitre est consacre au problème de l'identification des paramètres pour les lois de comportement présentes dans ce mémoire. Nous présentons un outil intègre d'aide à l'identification des paramètres base sur une approche itérative consistant à minimiser une fonction coupt représentative de l'écart entre chemins expérimentaux et simulations numériques. Divers résultats sont présentes qui démontrent l'insert d'une telle approche

Le bois est un matériau composite aux propriétés fortement variables. Le travail de cette thèse se situe dans le cadre d'une approche déterministe visant à comprendre les propriétés mécaniques et de retrait du bois de chêne en fonction de l'organisation de ses éléments structuraux et de leurs propriétés microscopiques. Réalisée à l'échelle de l'accroissement annuel, cette approche requiert deux types de données nécessitant la mise en place d'une chaine d'outils spécifiques : 1/ la morphologie définit les éléments structuraux (rayons ligneux, fibres) et leur distribution spatiale au sein du matériau. Cette description est obtenue grâce au développement d'un dispositif d'imagerie numérique basé sur le principe de l'atténuation d'un rayonnement x. 2/ les propriétés microscopiques des éléments constitutifs du plan ligneux du chêne. Dans le cadre de cette étude, deux types d'échantillons (quelques centaines de micromètres) sont préparés au sein de chacun des constituants : - Les premiers sont sollicités en traction grâce à une machine d'essai placée sous microscope. La comparaison d'images de la structure à différents niveaux de stress permet d'accéder à des propriétés élastiques (modules d'young, coefficients de poisson). - Les seconds sont disposés dans une chambre climatique placée au sein du dispositif d'imagerie x. La comparaison d'images réalisées à différents états hydriques permet, sans contact, d'accéder aux coefficients de gonflement des éprouvettes, simultanement dans deux directions. L'utilisation d'un outil numérique d'homogénéisation, morphopore, permet d'assembler ces connaissances afin de calculer les propriétés macroscopiques d'accroissements annuels. Les images de la morphologie issues du banc d'imagerie x sont alors la base d'un maillage numérique ; les propriétés microscopiques des différents tissus qui y sont injectées étant issues essentiellement des mesures expérimentales. Les potentialités de l'outil sont présentées au travers de quelques études de cas.

On a choisi l'approximation du materiau homogene, elastique, lineaire, orthotrope pour l'etude de la propagation de fissure dans le pin maritime, sous sollicitation mixte. L'eprouvette e. N. S. Proposee par richard pour les materiaux isotropes a ete etudiee numeriquement pour un materiau orthotrope. Elle a servi de support a l'etude experimentale de la fissuration dans les 3 directions rl, tl et tr. Le calcul de la tenacite a montre un comportement du bois tres different entre la rupture en propagation longitudinale et radiale. Cette derniere presente des analogies avec la rupture d'un materiau isotrope. Le critere de rupture propose par herakovich pour les materiaux composites a ete modifie. Il donne alors des estimations convenables de la rupture du pin maritime pour les trois orientations envisagees

Le bois est un matériau qui est utilisé en tant que limiteur d'effort (ou absorbeur d'énergie) dans des emballages de transport. La conception de ces emballages se fait de plus en plus à l'aide de la simulation numérique. Il est alors nécessaire d'utiliser un modèle numérique de comportement qui puisse retranscrire le comportement mécanique du bois au sein d'un tel système. L'objet de ce travail est précisément de créer un modèle numérique de comportement du bois en compression dynamique. Pour cela, après avoir fait une synthèse des informations trouvées dans la littérature, nous avons défini les grandeurs mécaniques caractéristiques du comportement du bois en compression statique et dynamique (les caractéristiques élastiques ainsi que les caractéristiques du comportement plastique). Nous avons ensuite réalisé des campagnes expérimentales portant sur la caractérisation du bois en compression statique et dynamique. Ce sont des essais de compression uniaxiale suivant la direction longitudinale ou dans le plan transverse. Les déformations atteintes sont supérieures a 60% et les vitesses de déformation moyennes dépassent 1000 s-1. Par la suite, nous avons créé le modèle bois numérique à partir des résultats expérimentaux. Ce modèle est implante dans un code de calcul industriel de dynamique explicite (ls-dyna3d). Nous pouvons ainsi comparer le modèle bois aux autres modèles employés pour représenter le comportement du bois dans le cadre de son utilisation dans les emballages de transport de matières dangereuses. Enfin, nous confrontons les résultats d'essais effectues sur maquettes de conteneur impactant une cible rigide a une vitesse de 52 a 65 m/s aux simulations numériques faites avec les différents modèles de matériau
Wood is a material used a energy absorbing device in containers for the transportation of dangerous materials. The design of these containers is more and more often done with finite element modelling. So, the aim of this research work was to create a numerical model for wood, the "wood model" in order to describe the behaviour of wood under dynamic multiaxial compression. We present experimental results and their analytical modelling for wood under static and dynamic compression which involves large deformations. This "wood model" is based on the experimental results mentioned before. It is used in a finite element explicit non-linear dynamic code. LS-DYNA3D. By this way, we can compare this model with other models used to characterize wood model as impact limiter crashed at 52 to 65 m/s with numerical results made with our wood model and with other numerical materials types used to model the behaviour of wood under compression with large deformations

Le travail propose concerne une approche numerique, par la methode des elements finis, pour l'etude de la fissuration a long terme des materiaux viscoelastiques lineaires a symetrie orthotrope. Une application experimentale est effectuee sur le pin du nord. Dans une premiere partie, nous rappelons les equations caracterisant le comportement viscoelastique lineaire, generalise au comportement orthotrope isotrope transverse. Les approches fonctionnelle et thermodynamique sont presentees. Ensuite, l'etude de la fissuration est apprehendee par la mecanique de la rupture. L'accent est porte sur deux approches. La premiere, basee sur le modele de nielsen, suppose que le materiau est viscoelastique en pointe de fissure, d'ailleurs, en generalisant l'approche de brincker au cas ortohtrope, un nouveau concept de facteur d'intensite d'ouveture de fissure est introduit afin de definir l'ouverture de fissure au voisinage de la pointe de fissure. En considerant la pointe de fissure degradee, l'approche de schapery est egalement presentee. Dans une seconde partie, apres avoir rappele les differentes propositions, mettant en uvre la methode des elements finis, nous presentons une modelisation incrementale permettant de traduire, en fonction du temps, les champs mecaniques viscoelastiques. Une adaptation est proposee pour traiter le comportement des materiaux orthotropes. Le couplage de cette modelisation avec la theorie de la mecanique de la rupture est effectue. En utilisant un modele de nielsen, nous proposons une nouvelle methode incrementale permettant de calculer l'etat mecanique, au voisinage de la pointe de fissure, ainsi que de definir la zone d'elaboration dans laquelle la fissure va pouvoir evoluer. Une generalisation des integrales invariantes est proposee afin de definir un algorithme de propagation de fissure, dans le domaine temporel, pouvant etre implante dans le code aux elements finis castem 2000. Une derniere partie presente une strategie experimentale permettant d'apprecier la propagation de fissure dans le materiau bois, et plus particulierement, pour le pin du nord. Afin d'isoler les effets viscoelastiques sur la propagation, nous presentons la conception d'une eprouvette presentant une stabilite de fissuration lors d'un essai de fluage. Les resultats experimentaux et numeriques sont enfin compares.

Le bois est connu pour être un matériau complexe, car hétérogène, anisotrope et hygroscopique. Lorsqu'il est soumis à un type particulier de traitements thermiques, appelé rétification et consistant en une pyrolyse ménagée à basses températures (200-280°C), il présente une diminution notable de son caractère hydrophile, une meilleure stabilité dimensionnelle et une résistance accrue aux attaques des micro-organismes. Le présent travail est consacré d'une part à l'étude expérimentale de ces traitements thermiques, c'est-à-dire la mesure des températures pour différents rayons dans un cylindre de bois traité en bain pour lequel on a fait varier les paramètres suivants : essence de bois, diamètre, humidité initiale du barreau, température de consigne et nature du bain ; d'autre part à la modélisation des phénomènes de transfert de chaleur et de masse prenant en compte la conduction, la vaporisation de l'eau contenue dans le bois, la décomposition chimique du bois, et les variations de la densité, du taux d'humidité, de la conductibilité thermique et de la capacité calorifique. Pour chercher à optimiser les conditions dans lesquelles le traitement se déroule et qui conditionnent la qualité finale du produit, nous avons cherché à caractériser les propriétés physico-mécaniques du bois traité par une méthode de contrôle non destructif par spectroscopie ultrasonore. En complément de cette méthode, nous avons utilisé d'autres méthodes de caractérisation : vibrations forcées de poutres, essais statiques de flexion et de compression et analyse thermo-mécanique. Tous les résultats de ces analyses concordent et mettent en évidence pour les bois étudiés (hêtre, peuplier, douglas) une variation discontinue des propriétés aux alentours de 240°C pour un temps de traitement de 15 mn. Nous avons pu également remarquer une fragilisation du matériau massif, mais fortement minimisée quand le matériau de départ est humide et traité en bain.

Ce travail est une partie de l'étude amenant à la construction d'un modèle biomécanique représentant les membres inférieurs humains. Ce modèle est basé sur la méthode des éléments finis et est capable d'identifier les efforts exercés par la tête du fémur sur la hanche au cours de la marche. Le modèle utilise comme entrées les données cinématiques du mouvement ainsi que les réactions au sol. Le profil de ces efforts pourra servir aux médecins comme outils supplémentaires de dépistage de la coxarthrose. La difficulté d'implémentation et de validation d'un tel modèle nous a amené à investiguer des stratégies d'identification paramétrique sur des modèles dynamiques non linéaires présentés dans la littérature. Ainsi, les perturbations, comme par exemple les bruits sur les mesures des déplacements, ont été utilisées : l'une basée sur la minimisation du résidu dynamique et l'autre sur la minimisation de la différence entre les mesures et les résultats de la simulation.

Cette thèse visait à caractériser la composition en polysaccharides des fibres de bois de tension chez le peuplier et établir de possibles corrélations avec les mécanismes de création de la tension. A cette fin, nous avons étudié le bois de jeunes peupliers qui ont poussé sous conditions contrôlées. Nous avons pu déterminer la composition en polysaccharides des couches G isolées ainsi que la structure de ces polysaccharides. L’évolution de cette composition au long de la différentiation du bois de tension et du bois opposé a été évaluée à l’aide de 178 anticorps dirigés contre les principaux polysaccharides pariétales. La fonction de deux protéines à arabinogalactanes avec domaine fascicline-like a été également étudiée à l’aide des anticorps produits à cet effet. La génétique inverse a été également utilisée pour compléter l’étude de la fonction d’une de ces protéines dans la formation du bois de tension. Les résultats obtenus ont mis en évidence une évolution de la composition de la couche G au cours de la différenciation. Des différences entre la composition de la couche S2 des fibres du bois de tension et du bois opposé ont aussi été détectées. Une grande quantité de pectines de type RG-I a été décelé dans la couche G, molécules qui pourraient participer à la formation d’un gel. Le gonflement de ce gel serait responsable de la mise en tension des microfibrilles de cellulose. Cependant, nos travaux ne montrent aucune évidence pour la présence de xyloglucanes dans la couche G. Des indices en faveur de l’implication des FLAs dans la construction de la couche G ont été également trouvés dans cette étude. Ce travail de thèse ouvre des perspectives pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la création de la tension dans le bois de tension
This work aimed at characterizing the composition in polysaccharides of poplar tension wood fibres and a possible correlation with mechanisms for creating tension. Firstly, we isolated G-layers from tension wood formed in young poplars which grows in a greenhouse under controlled conditions and determine its polysaccharides composition and the structure of these polysaccharides. Therefore, we investigate the polysaccharide distribution during tension and opposite wood fibres differentiation by using 178 antibodies raised against the major wall polysaccharides. The distribution and function of two fasciclin-like arabinogalactan proteins were studied using two antibodies produced to this end and the function of one of the proteins were studied by reverse genetics. This work show an evolution in the polysaccharides composition of G-layer through its differentiation and also differences concerning S2 layer composition between tension and opposite wood fibres. No evidences for the presence of xyloglucans in the G-layer. However, this work shows the presence of a high quantity of RG-I type pectin which may be implicated in a gel-like structure formation which swelling could be responsible for tension creation in cellulose microfibrils. Our results suggest an implication of fasciclin-like arabinogalactan proteins in G-layer construction. Further, this work opens up new perspectives towards identification of molecular basis of tension creation in tension wood

Les bois sont une combinaison complexe de très fortes hétérogénéités multi-échelles, avec une trame de fond par espèce qui caractérise ses trois plans d'anisotropie. Les propriétés macroscopiques des bois dépendent de l'ensemble des échelles inférieures d'hétérogénéités : les cernes de croissance, les cellules, ainsi que l'organisation et la concentration des composés chimiques des parois cellulaires. Alors que l'effet des microfibrilles de cellulose cristalline de la phase solide sur les propriétés macroscopiques a été étudié, l'un des défis actuels consiste à évaluer le déterminisme des arrangements moléculaires au sein des parois sur les propriétés des cellules au sein d'un tissu. Dans ce contexte, le présent travail de thèse se développe selon deux axes : (i) La collecte d'informations sur les organisations pariétales à travers la diversité des cellules, et (ii) la caractérisation des propriétés micro-mécaniques à l'échelle du tissu, avec la prise en compte des échelles inférieures d'hétérogénéités. L'essentiel des descriptions sub-pariétales a été réalisé à l'aide d'un micro-spectromètre confocal Raman, et d'outils d'analyses dédiés qui ont été développés dans le cadre de cette étude. Les résultats obtenus ont par exemple permis de caractériser la paroi d'une cellule en formation (thylle), l'installation de la paroi secondaire dans des fibres, l'influence de stimuli environnementaux sur l'organisation sub-pariétale, ou encore le caractère continu de l'organisation spatiale des microfibrilles dans l'épaisseur des parois de différents types de cellules matures. La caractérisation mécanique a été réalisée selon la direction longitudinale des cellules, dans des essais de traction sur des éprouvettes de très faibles dimensions (épaisseur inférieure à 100 µm). La mise en évidence des phénomènes complexes en jeu dans le comportement mécanique a fait l'objet d'une étude sur la variation des propriétés structurales et mécaniques à l'intérieur d'un cerne. Les différentes phases de la relation contrainte-déformation ont été discutées, et une modélisation simplifiée par homogénéisation multi-échelle a notamment permis de poser un ensemble de pistes de réflexions sur le déterminisme de l'organisation sub-pariétale sur les propriétés mécaniques des cellules au sein d'un tissu
Woods are a highly complex combination of multi-scale heterogeneities. Macroscopic properties of wood depend on all smaller scales of heterogeneity: growth rings, cells, as well as organization and concentration of cell wall chemical compounds. While the effect of the crystalline elements (microfibrils) of the solid phase on the macroscopic properties has been studied, one of the challenges is to estimate the determinism of the cell-wall molecular arrangements on the cells' properties inside a tissue. In this context, the present study is developed along two lines: (i) The collection of information on cell wall organization across the diversity of cells, and (ii) the characterization of micro-mechanical properties at the tissue level, with the consideration of smaller scales of heterogeneity. Most sub-cell wall descriptions were performed using a confocal Raman micro-spectrometer, and tools of analysis that were developed in this study. For example, obtained results have highlighted the cell wall of a living cell (thyllose), the cell wall formation in poplar fibers close to the cambial region, the impact of environmental stimuli on sub-cell wall organization, or else the continuous variation of the spatial organization of crystalline compounds in wall of different mature cells. The mechanical characterization was realized in the longitudinal direction on small samples (thickness below 100µm). The understanding of complex phenomena involved in the mechanical behavior was approached through a study on the variation of structural and mechanical properties within a ring. The different parts of the stress-strain curve have been discussed, and a simplified homogenization model has help to highlighted the determinism of sub-cell wall organization on the mechanical properties of cells at the tissue level

Le traitement thermique du bois sous une atmosphère gazeuse est un procédé qui vise à améliorer les propriétés du bois. En effet, les bois traités ont une stabilité dimensionnelle améliorée, une nature hygroscopique réduite et une meilleure résistance à la dégradation par divers facteurs (champignons, insectes). L’inconvénient principal du procédé est la longue durée du traitement. Le présent travail explore l’utilisation des liquides ioniques pour le traitement du bois, car ils ont la particularité d’accélérer la décomposition des principaux constituants du bois. Des analyses de surface et des tests de propriétés physico-mécaniques ont été réalisés sur les bois traités. Les analyses de surface ont révélé que les liquides ioniques ont contribué à la dégradation de la lignine, et au développement du caractère hydrophobe du bois. Les tests physico-mécaniques ont quant à eux montré la baisse dans la reprise d’humidité et d’eau, la réduction du gonflement et des propriétés mécaniques.
The heat treatment of wood in a gas atmosphere is a process that aims to improve the properties of wood. Indeed, treated wood possesses improved dimensional stability, reduced hygroscopic nature and resistance to degradation by various factors (fungi, insects). The main disadvantage of the method is the long duration of treatment. This work explores the possibility of using ionic liquids for the treatment of wood as they have the particularity to accelerate the decomposition of the main wood constituents. Surface analysis and testing of physical and mechanical properties were performed on treated wood. The surface analysis showed that ionic liquids have contributed to the degradation of lignin as well as the development of the hydrophobic character of the wood. The physical and mechanical tests have meanwhile revealed that lower moisture and water absorption contents, decreased the swelling and mechanical properties.

L’objectif de cette étude fut d'établir l'effet de l’humidité d’équilibre du bois de trois espèces tropicales sur ses propriétés physiques dans la zone de la saturation des membranes. Deux techniques expérimentales ont été utilisées: soit la méthode des solutions salines saturées (de 58% à 90% d’humidité relative), soit celle de la membrane poreuse sous pression (au-dessus de 96% d’humidité relative). Ces essais de sorption ont été couplés avec des mesures de retrait ainsi qu’à des essais de compression tangentielle. Les résultats indiquent qu’à l’équilibre, les retraits radial, tangentiel et volumétrique débutent au-dessus de la saturation des membranes cellulaires. Ces résultats peuvent être expliqués par l’effet de l’hystérèse à la saturation sur les propriétés du bois. Ce phénomène implique que la perte d’eau hygroscopique se produit déjà en présence d’eau liquide. Contrairement au retrait, les résultats des essais mécaniques ne furent pas si concluants. Ainsi, l’humidité d’équilibre à laquelle le bois avait déjà commencé à éliminer l’eau des membranes s’est située autour de 51,5% pour le tornillo, 36,3% pour le pumaquiro et 77,3% pour le huayruro.

La présente étude fait suite à d’autres qui proposent une solution de récupération des déchets plastiques et de bois pour en faire un matériau de construction en composite bois-polymère. La particularité de ce travail de recherche est que la matrice thermoplastique utilisée est un ensemble de différents polymères pris dans des proportions bien définies. Les pourcentages considérés pour la matrice obtenue représentent les parts de déchets de polymères que l’on retrouve dans la ville de Cotonou (Bénin). Cette étude a consisté à fabriqué des échantillons de composite bois polymère CBP par extrusion, à les étudier à travers des tests physico-mécaniques et à les mettre en relation avec les échantillons fabriqués avec une méthode artisanale déjà existante. D’une part, nous avons étudié séparément la sciure de bois et la matrice thermoplastique en déterminant les constituants chimiques de la sciure de bois, et en effectuant une analyse physico-mécanique (analyse thermogravimétrique, test en flexion compression et traction, analyse du faciès de rupture au MEB) sur le renfort et la matrice. D’autre part nous avons évalué l’influence de l’ajout de 20%, 25%, 28% et 30% de sciure de bois sur les propriétés mécaniques (compression, flexion et traction). Les résultats obtenus révèlent que la sciure de bois se comporte comme un renfort lorsque l’échantillon est sollicité en compression et en flexion. La sciure de bois joue le rôle de charge lorsque les échantillons de CBP sont sollicités en traction. Par ailleurs, la sciure de bois améliore la rigidité des CBP en traction. Les résultats mécaniques obtenus par extrusion sont nettement meilleurs que ceux issus des méthodes de fabrication artisanale. Les analyses thermogravimétriques effectuées sur les échantillons de CBP issus de la méthode artisanale révèlent que lors de leur fabrication, ces échantillons sont soumis à des températures (supérieure à 300°C) qui entament la dégradation des polymères et de la sciure de bois dans les CBP
This study follow others that propose a solution for the recovery of plastic waste and wood to make it a construction material made of wood-polymer composite. The particularity of this research is that the thermoplastic matrix used is a set of different polymers taken in well-defined proportions. The percentages considered for the matrix obtained represent the proportion of polymer waste that can be found in the city of Cotonou (Benin Republic). This study consisted in making WPC polymer wood composite samples by extrusion, studying them through physico-mechanical tests and relating them to samples made with an already existing artisanal method. On the one hand, we studied separately the sawdust and the thermoplastic matrix by determining the chemical constituents of the sawdust, and by performing a physico-mechanical analysis (thermogravimetric analysis, compression and tensile bending test, facies analysis). SEM fracture) on the reinforcement and the matrix. On the other hand we evaluated the influence of the addition of 20%, 25%, 28% and 30% of sawdust on the mechanical properties (compression, bending and traction). The results show that sawdust behaves like a reinforcement when the sample is stressed in compression and bending. Sawdust acts as a load when WPC samples are stressed in tension. Sawdust also improves the rigidity of WPC in tension. The mechanical results obtained by extrusion are much better than those resulting from the artisanal methods. Thermogravimetric analyzes performed on WPC samples from the artisanal method reveal that during their manufacture, these samples are subjected to temperatures (above 300 ° C) that begin the degradation of polymers and sawdust in WPC

Le secteur de la construction est demandeur de produits fiables garantissant la sécurité des ouvrages. Actuellement, le classement des bois de structure est base sur des critères visuels. Mais l'aspect du bois seul n'est pas suffisant pour estimer les propriétés mécaniques. Ainsi, les enjeux économiques et technologiques d'une meilleure connaissance des caractéristiques mécaniques du bois sont importants, en particulier face à la concurrence de matériaux tels que le béton ou l'acier. Notre objectif est de proposer une méthode de classement qui puisse valoriser le bois en tant que matériau. La technologie micro-onde que nous utilisons s'intègre parfaitement dans ce cadre. Par leurs propriétés - analyse en profondeur, sans contact, sans danger et en continu - les micro-ondes offrent l'accès aux caractéristiques suivantes: module d'élasticité, module de rupture et masse volumique. Nous utilisons des capteurs déjà dédiés à des applications précises : détection des noeuds et détermination de la pente de fil. A partir des signaux issus de ces capteurs, nous procédons à une recherche des variables les plus significatives vis a vis des modules et de la masse volumique. Les outils pour le classement sont les méthodes statistiques traditionnelles ainsi que les réseaux de neurones à retro-propagation du gradient pour leur propension au classement automatique. La volonté de promouvoir le bois et l'évolution des méthodes de contrôle non destructif, entraînent la mise à jour des règlements. A l'instar de l'Eurocode 5, standard européen pour la construction bois, les normes de classement intègrent des caractéristiques mécaniques. Dans le cadre du projet européen FOREST MA2B-CT91-0020 sur le contrôle non destructif des bois massif et panneaux de particules, nous avons tenu à suivre les prérogatives de ce standard

La necessite d'etablir une estimation de la qualite du bois, souvent assimilee a la densite, par des essais non destructifs (ou peu destructifs) nous a incite a mettre au point une methode de reconnaissance du bois (le forametre) issue de techniques utilisees en mecanique des sols. Cette methode est fondee sur la mesure des parametres de percage (poussee, couple, vitesse de rotation, vitesse de penetration) et l'etablissement d'un critere de forabilite: le travail specifique c'est-a-dire le travail necessaire a forer l'unite de volume de bois (dans une zone definie, de fonctionnement correct de l'outil). Le critere de forabilite est ensuite correle avec les proprietes mecaniques du bois sans defaut (resistance, module longitudinal, densite) pour differentes essences: pin maritime, epicea, balsa, peuplier. L'influence de l'humidite sur le critere de forabilite est egalement explicitee. Il resulte de l'etude generale des correlations que le critere de forabilite est le meilleur indicateur de la resistance en flexion du materiau dans le cas du pin maritime et a egalite avec la densite dans le cas du balsa et du peuplier

Ce travail est une étude exploratoire sur la possibilité de réaliser un composite bois polymère ou WPC, rencontrant certaines exigences, notamment la post-thermoformabilité. Nous avons élaboré un panneau composite fibre de bois/thermodurcissable/thermoplastique dans la logique d'un " éco-matériau ". Ce matériau innovant est destiné à un usage structurel ou décoratif. Il est fabriqué selon un procédé de pressage à chaud d'un matelas fibreux. La problématique de l'incompatibilité d'interface entre le bois et le thermoplastique, récurrente pour bon nombre de WPC, a été résolue grâce au développement d'une technique originale d'amélioration de l'adhésion par enrobage. Les améliorations ont permis d'obtenir des caractéristiques physico-mécaniques semblables aux panneaux de densité moyenne. La composante thermoplastique nous a permis d'octroyer une aptitude de post-thermoformabilité à ce matériau. L'analyse détaillée de la composition des panneaux WPC, de leurs propriétés à différentes températures, ainsi qu'un travail de modélisation expliquent, en partie, le comportement complexe de ce nouveau WPC
This project deals with a new type of Wood Polymer Composite (WPC) able to be post moulded. Based on wood industry processing we developed different wood/adhesive/thermoplastic fibreboards. This exploratory work leads to an innovative WPC fibreboard dedicated to structural or decorative use. In order to reach sufficient mechanical properties we managed to improve the cohesion properties. In fact, weak interfacial adhesion is a recurrent problem of all Wood/Thermoplastic products. An original coating process of MAPP onto PP fibres gave great interfacial adhesion enhancement and mechanical properties similar to MDF panels. The post thermoforming ability was measured with an original thermoforming test. These investigations, through characterisation and modelling, allowed us to determine the role of different factors and their interactions. Our post mouldable composite WPC fibreboards are porous and made-up of a fibre network which showed a complex rheological behaviour. Morphology, concentration, distribution of each components and surface interactions between them explain this behaviour

Certains matériaux isolants allient performances thermiques et tenue mécanique. Ces deux propriétés sont antinomiques et un compromis est obtenu en modifiant, sur ligne de production, la structure du matériau par un procédé de crêpage. Le but de cette étude est la compréhension des relations entre les paramètres de crêpage et les propriétés mécaniques du produit fini. Plusieurs approches ont été étudiées :
- Une analyse du procédé de crêpage à partir de vidéos numériques permettant de déterminer localement les champs de taux de déformations au sein de la crêpeuse et de quantifier la cinématique d'une crêpeuse.
- Une analyse du produit fini : à partir de photos de produit texturé, un outil de détermination de l'anisotropie locale a été mis en place. Cette anisotropie est liée aux performances mécaniques du produit. Cette interaction a été mise en évidence expérimentalement et une modélisation du comportement mécanique élastique anisotrope du matériau étudié a été proposée.

Les couches minces sont utilisées dans un nombre important de domaines industriels comme les Micro- et Nano- Technologies (MNT) ou le traitement de surfaces. Elles peuvent être utilisées soit comme couches de structures, soit pour apporter des fonctions de protection ou de fonctionnalisation à des surfaces. On distingue généralement deux types de couches minces : les couches minces déposées et les couches minces autoportantes. L’objectif du travail présenté dans ce manuscrit est de développer des méthodes de caractérisation mécanique du comportement élasto-plastique des couches minces autoportantes et déposées. Dans un premier temps, nous présentons un essai de microtraction à même de travailler sur des couches d’épaisseur 750 nm et les moyens techniques associés. Ces outils permettent de caractériser les propriétés élasto-plastiques et l’endommagement mécanique des couches minces autoportantes. Dans un second temps, nous nous intéressons à la mise en œuvre de méthodes d’identification paramétrique associées à des essais d’indentation instrumentée dans l’optique de caractériser le comportement élasto-plastique des matériaux en couches minces déposées. Les couches caractérisées dans cette étude sont des multicouches Au-NiCo d’épaisseur totale 22 µm et des couches minces d’aluminium élaborées à partir de plusieurs procédées dont les épaisseurs sont comprises entre 1 et 1,5 µm
The thin films are used in a large number of industrial fields such as Micro- and Nano- Technology (MNT) or treatment of surfaces. They can be used either as layer structures, or to provide protection functions or functionalized surfaces. There are generally two types of thin layers deposited thin films and self-supporting thin layers. The objective of the work presented in this manuscript is to develop methods for mechanical characterization of elastic-plastic behavior of free-standing thin films and deposited. First, we present a microtensile test able to work on 750 nm thick layers and associated technical means. These tools allow to characterize the elastic-plastic properties and mechanical damage freestanding thin films. In a second step, we focus on the implementation of parametric identification methods associated with implementation of instrumented indentation testing in the context of characterizing the elastic-plastic behavior of the deposited thin film materials. The layers characterized in this study are multilayer NiCo In total thickness 22 microns and thin layers of aluminum produced from several procédées with thicknesses between 1 and 1.5 microns

On a etudie des pieces de pin maritime et de pin de douglas sous traction et flexion par une simulation numerique en utilisant l'analogie ecoulement-fibre et la methode des elements finis. On a pu quantifier le comportement mecanique et prevoir les efforts de rupture en bon accord avec les campagnes experimentales

Le bois est couramment utilisé pour la fabrication d’instruments de musique. Les procédés employés consistent souvent en traitements modifiant le matériau en volume ou en surface. Ce travail s’est focalisé sur deux espèces employées dans les instruments à cordes et représentatives de différentes cultures: L’épicéa (Picea abies Karst.) utilisé en Europe et le Mûrier blanc (Morus alba L.) utilisé en Iran. Pour chacune l’effet d’un traitement thermique modéré (<150°C) et d’un revêtement par vernis sur plusieurs propriétés physiques et mécaniques ont été étudiés. Les principaux résultats sont les suivants. A la différence de l’Epicéa, le Mûrier présente un très faible degré d’anisotropie mécanique. Chez les deux espèces, le traitement thermique entraîne une forte chute dde l’amortissement, particulièrement dans la direction radiale pour l’Epicéa, ainsi que du taux d’humidité d’équilibre, sans dégradation marquée comme indiqué par la faible perte de masse. Toutefois, après reconditionnement à haute humidité, une part importante de la modification est récupérée. L’application d’un vernis à base solvent sur le Mûrier entraîne une rigidification continue, tandis que la forte augmentation de l’amortissement observée après l’application est suivie par un retour au bout d’environ 2 mois aux niveau du bois non traité. Pour l’Epicéa, des vernis à base d’huile siccative ont été appliqués et divers paramètres du procédé ont été testé. Dans ce cas la cintétique de stabilisation des propriétés est très lente et des variations notables continuaient à être observée au bout de 5 mois
Wood is commonly used for making musical instruments. During the process it is often subjected to treatments, that either modify its volume or its surface properties. Two species used for for string instruments were studied, representative of different cultures: Spruce (Picea abies Karst.) used in Europe and White Mulberry (Morus alba L.) used in Iran. For each of them the effect of thermal treatment at moderate temperature (<150°C) and of coating on various physical and mechanical properties was studied. The main results are as follows. In contrast to Spruce, Morus has a very low degree of mechanical anisotropy. For both species, thermal treatment induces a strong decrease in damping, especially in R direction for Spruce, and equilibrium moisture content, without marked degradation as indicated by the very small weight loss. However, after reconditioning at high humidity, a significant part of the changes is recovered. The application of a solvent-based varnish on Morus induces a continuous stiffening, while a very strong increase in damping after application is followed, after about 2 months, by a return to values close to those of untreated wood. For Spruce, siccative oil based varnish was applied and several parameters of the process were tested. In this case, the kinetics of property stabilisation are very slow and significant changes were still observable after 5 months

Il est généralement admis que le traitement thermique du bois par pyrolyse douce améliore la durabilité au niveau fongique. Cette amélioration est généralement expliquée par 4 hypothèses: une faible affinité du bois traité thermiquement vis-à-vis de l'eau, une génération des composés toxiques, une modification chimique des principaux polymère du bois et la dégradation chimique des hémicelluloses. Afin de tester ces quatre hypothèses, nous avons suivi différents paramètres tels que la perte de masse, la mouillabilité, la composition chimique du bois de hêtre traité thermiquement ainsi que la résistance fongique vis-à-vis de Coriolus versicolor. Parmi les 4 hypothèsses de départ 2 peuvent être écartées: composé toxique et mouillabilité. L'hypothèse la plus probable, expliquant l'amélioration de la durabilité fongique concerne la dégradation des hémicelluloses et la modification du réseau polymère de la lignine. D'autre part les résultats montrent une bonne corrélation entre la fraction massique dégradée et la résistance fongique. Cette corrélation constitue une première méthode à mettre en œuvre pour développer un contrôle qualité à l'échelle industrielle
It is generally accepted that thermal treatment of wood by mild pyrolysis improved its durability to fungal degradation. This improvement is generally explained by 4 hypothesis: the low affinity of heat-treated wood to water, the generation of toxic compounds, the chemical modification of the main wood polymers and the degradation of hemicelluloses. Ln order to confirm or flot the previous hypothesis, the durability of heat-treated beech wood towards Coriolus versicolor was evaluated according to different parameters like mass, wettability or chemical composition. There was insufficient evidence to support the hypothesis for the generation of fungicidal compounds or for the hydrophobie character. The most plausible hypothesis concerns its chemical modifications. Indeed, degradation of hemicelluloses associated to lignin chemical modifications could be at the origin of improved durability. Moreover the results show a good correlation between the weight loss during the treatment and the fungal durability. From this correlation we propose a quality contrai for the thermal treatment

Le comportement mécanique du bois dépend fortement de la température, de la teneur en humidité, de la géométrie de la pièce, ainsi que de l’historique de sorption. Il est alors indispensable de caractériser le comportement du bois sous l’action mixte de la température, de l’humidité relative et d’une charge mécanique pour en prédire le comportement durant l’utilisation et pour mieux maîtriser les procédés de transformation et également obtenir un matériau pouvant répondre à des besoins bien spécifiques. L’objectif de cette étude a été de déterminer le comportement viscoélastique et mécanosorptif du bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), en utilisant des essais de fluage-recouvrance sous conditions d’humidité relative constantes et variables. Les essais de fluage-recouvrance ont été réalisés sur des échantillons de bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), de 110 mm de longueur (R), 25 mm de largeur (T) et 7 mm d’épaisseur (L). Des essais ont été réalisés dans un environnement contrôlé à 30°C ± 0,5°C de température et à 37%, 67% et 83% ± 2% d’humidité relative pour les essais en conditions constantes et entre 37% et 83% d’humidité relative pour les essais en conditions variables. Les essais ont été réalisés sous différents niveaux de charge appliquée. Ils ont permis de mesurer simultanément la déformation superficielle en utilisant des jauges électriques et la flèche maximale en utilisant des capteurs de déplacement. Les résultats ont montré l’impact des niveaux de charge et de la teneur en humidité d’équilibre sur le fluage du bois. Les résultats ont aussi confirmé le comportement linéaire viscoélastique du fluage du bois et la présence de l’effet mécanosorptif pendant les changements d’humidité relative. Les résultats obtenus peuvent aider à mieux comprendre le comportement des planchers de bois d’érable à sucre pendant leur utilisation.