Partie II : ÉTUDE EXPÉRIMENTALE
I.5. Étude comparative de la qualité et analyse caractéristique des produits :
1.5.1. Propriétés physiques et mécaniques :
Les propriétés physico-chimiques d’un matériau de construction se déterminent au moyen d’essais de laboratoire sur la base de normes établies par l’A.S.T.M (American Society for Testing Matérials) : depuis 1902 cet organisme est chargé de systématiser les méthodes d’essai des différentes sortes de matériaux, parmi lesquels figure le bois mais non le Bambou.
[07]
En l’absence de normes s’appliquant à l’étude des propriétés physico-mécaniques du bambou, la plupart des chercheurs ont basé leurs travaux sur les normes de l’A.S.T.M concernant le bois, en tenant compte des nombreuses différences qui existent entre les deux matériaux.
Des données importantes du bambou comme par exemple son âge avant la coupe, qui a une grande influence sur le comportement des matériaux, ne peuvent être omises durant l’expérience pour déterminer ses caractéristiques.
Photo 8: Parquet de Bambou après usinage (carbonisé et non carbonisé).
a. Propriétés physiques : a.1. Tauxd’humidité :
Le bambou que l’on vient de couper contient une grande quantité d’eau ou sève qui se présente sous deux formes : celle d’eau ‘’libre’’ à l’intérieur des cavités de la tige et celle d’eau
‘’liée’’ ou de saturation contenue dans les parois des cellules.
Lors du séchage c’est l’eau libre qui disparaît la première puis c’est le tour de l’eau de saturation. A la fin de la première phase on dit que l’humidité se trouve au ‘’point de saturation des fibres’’, c'est-à-dire que le bambou ne contient plus que l’eau liée.
Dans le bois, l’eau retenue dans les parois cellulaires varie entre 0 et 30% (25-35%), mais dans le bambou la part de l’eau de saturation est plus faible et fluctue entre 0 et 19%
(16-22%), selon les études réalisées sur des espèces tropicales. Ceci signifie que le point de saturation des fibres dans le bois correspond à 30% d’humidité et pour le bambou à 20%.
La rétractibilité :
A mesure que son eau de saturation diminue, ses propriétés mécaniques s’améliorent ainsi que sa résistance à l’attaque des champignons mais parallèlement des retraits dans le plan radial, tangentiel et axial commencent à apparaître. Le retrait le plus fort se présente dans le plan radial, il est moins important dans le sens longitudinal. La relation entre les déformations radiale, tangentiel et axiale est de 1/0,6/0,07.
Ce dernier fut vérifié au laboratoire et on a les résultats qui suivent :
Partie I : étude bibliographique Partie II : étude expérimentale
Tableau 7: Étude de l'humidité, séchage et rétractibilité du bambou géant.
Condition Opératoire: Pression: 1 atm date de cueillette: 26/05/2010
Température: 105°C lieu de cueillette: TOAMASINA
durée de suivi: 20 jours (03 - 22 /06/2010)
Jours n° 03/06/2010 04/06/2010 06/06/2010 07/06/2010 08/06/2010 09/06/2010 10/06/2010 12/06/2010 15/06/2010 17/06/2010 18/06/2010
Heure 10:44 10:59 15:50 10:33 12:50 10:00 11:55 10:30 10:16 08:54
Bambou N° Poids (Kg)
1 0,145 0,127 0,108 0,104 0,102 0,100 0,098 0,097 0,096 0,095 0,095
2 0,109 0,097 0,084 0,082 0,080 0,079 0,078 0,077 0,076 0,076 0,076
3 0,126 0,104 0,090 0,088 0,087 0,086 0,086 0,085 0,084 0,084 0,084
4 0,179 0,150 0,130 0,124 0,121 0,117 0,114 0,111 0,109 0,108 0,108
5 0,261 0,226 0,192 0,182 0,175 0,170 0,164 0,158 0,155 0,155 0,155
6 0,245 0,211 0,178 0,174 0,167 0,164 0,163 0,162 0,161 0,161 0,160
7 0,240 0,209 0,172 0,167 0,164 0,161 0,158 0,156 0,155 0,155 0,155
8 0,038 0,033 0,032 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031
9 0,044 0,036 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,034
10 0,043 0,037 0,036 0,036 0,036 0,036 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035
11 0,060 0,050 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,046 0,046 0,046
12 0,063 0,054 0,051 0,051 0,051 0,051 0,051 0,051 0,051 0,051 0,051
Total 1,553 1,334 1,155 1,121 1,096 1,077 1,060 1,045 1,034 1,032 1,030
1, 2, 3: tronc: ép.: 16 mm
4, 5, 6, 7: nœud racine: diamètre: 175 mm 8, 9, 10: lame de tronc: ép.: 6 mm
11,12: nœud de
tête: diamètre: 93 mm
Partie I : étude bibliographique Partie II : étude expérimentale
Date 03/06/10 04/06/10 06/06/10 07/06/10 08/06/10 09/06/10 10/06/10 12/06/10 15/06/10 17/06/10
Heure 16:40 10:59 15:50 10:33 12:50 10:00 11:55 10:16 08:54 15:31
Bambou N° Poids (Kg)
a 0,101 0,084 0,069 0,066 0,065 0,064 0,063 0,063 0,063 0,062 0,062
b 0,099 0,092 0,088 0,088 0,087 0,087 0,086 0,086 0,085 0,085 0,085
c 0,100 0,084 0,071 0,069 0,067 0,067 0,066 0,066 0,065 0,065 0,065
Total 0,300 0,260 0,228 0,223 0,219 0,218 0,215 0,215 0,213 0,212 0,212
Bambou N° Longueur (cm)
a 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8
b 25,8 25,8 25,7 25,7 25,7 25,7 25,7 25,7 25,7 25,7
c 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8 26,8
De plus, on a observé le retrait du bambou Phyllostachys Pubescens de Madagascar (Toamasina), après séchage à l’air et au four, et obtenu les pourcentages suivants :
Tableau 8: étude de retrait du Phyllostachys Pubescens et/ou Viridis.
Sens du retrait Mode de séchage Face externe % Face interne %
Tangentiel à l’air 13 6
au four 1,4 1,8
Radial à l’air 20 10
au four 6,5 3,0
Longitudinal à l’air 1,3 0,6
au four 0,5 0,3
Condition opératoire 5 jours, à 20°C (à l’air) - 105°C pendant 5 jours (au four) En conséquence, il n’est pas recommandé d’utiliser des bambous verts ou non séchés dans la construction de structures permanentes, car le retrait des tiges risque d’entraîner le relâchement des liens d’assemblage.
On dit que le bambou devient plus résistant à mesure qu’il sèche. Selon Sekhar et Rawat (1956) la résistance des bambous séchés artificiellement augmente entre 40-60%.
Cette augmentation est supérieure pour les bambous jeunes que pour les vieux. C’est la raison pour laquelle on insiste sur la sélection de l’âge de coupe et le séchage à l’air ainsi qu’au four. [07]
a.2. Caractéristiques hygroscopiques :
Le bambou, de même que le bois, est un matériau hygroscopique, c'est-à-dire qu’il a la faculté d’absorber et de libérer de l’humidité sous forme de vapeur. Grâce à cette propriété, le bambou sec absorbe la vapeur d’eau d’une atmosphère humide jusqu’à atteindre son équilibre hygroscopique par rapport à l’humidité relative et à la température de l’air ambiant. Comme nous l’avons expliqué récemment, la teneur en eau joue un rôle important dans les caractéristiques du bambou.
On peut observer ce phénomène à travers les résultats des expériences réalisées avec des lattes provenant de deux espèces de bambou : Phyllostachys Pubescens et Phyllostachys Viridis; ces lattes ont permis de tester l’influence de l’humidité sur la résistance du matériau à la traction, à la compression et à l’effort tranchant, avec les résultats suivants :
Tableau 9: étude de la résistance du bambou géant.
Position Résistance à la : Teneur en eau (%) Parallèle au sens de la fibre Traction Maximale 5-15
Dans un bambou anhydre ou séché au four
Compression Maximale >16 Constante <16 Parallèle à la fibre Effort
tranchant
Constante >Point de saturation
Diminue >08
Maximum 8
a.3. Densité et poids spécifique :
La densité est le rapport entre le poids et le volume d’un corps. Le poids du bambou se compose du poids de sa partie solide en plus du poids de l’eau qu’il contient. De même que pour le bois, on distingue quatre types de densités :
- La densité verte (DV) qui est le rapport entre le poids et le volume du bambou frais.
- La densité après séchage à l’air (DSA) qui se calcule à partir du poids et du volume du bambou séché à l’air.
- La densité anhydre (DA) qui est le rapport entre le poids et le volume du bambou séché au four.
- La densité de base (DB) qui correspond au rapport entre le poids du bambou séché au four et le volume du bambou vert.
Le poids spécifique (Pe) est le rapport entre le poids du bambou avec un certain pourcentage d’humidité et le poids du volume d’eau contenu dans le volume du bambou.
Sachant que la densité de l’eau est égale à 1, la densité du bambou est ainsi égale à son poids spécifique. D’autre part, la gravité spécifique est équivalente au poids spécifique.
Voici la valeur moyenne du poids spécifique et les densités de l’espèce de bambou que l’on a:
Tableau 10: Détermination du poids spécifique et de la densité de l’espèce de bambou considérée.
Condition opératoire Après la coupe 13 jours à l’air 13 jours à 105°C
Essai n°06 DV DSA DA DB
Densité 15,96 12,76 9,87 8,35
Masse (g) 3990 162,95 110,25 85,33 85,33
Volume (cm3) 250 10,21 8,64 8,64 10,21
Condition opératoire Après la coupe 20 jours à l’air 20 jours à 105°C
b. Caractéristiques mécaniques : b.1. Résistance à la traction :
Ces essais se font à partir des lattes de formes et de dimensions spéciales obtenues en découpant des tronçons de tige dans le sens de la longueur ou du rayon. Nous indiquons ci-après quelques-unes des valeurs minimales et maximales obtenues lors des essais à la traction sur différentes espèces de bambou:
Tableau 11: Borne de la résistance à la traction du bambou géant.
Zone Résistance à la traction Kg/cm2 plus résistante que la face interne.
Sachant que le module d’élasticité à la traction de l’acier est de 2 100 000 Kg/cm2, celui du bambou varie entre 42 186 Kg/cm2 pour le Bambusa arundinacea et un maximum de 365 000 Kg/cm2 pour la Bambusa tulda, d’après les calculs réalisés par Heck en 1956. [07]
b.3. Résistance à la compression :
Pour les essais à la compression parallèle à la fibre, nécessaire pour les poutres, on teste à la fois des sections du sommet, de la base et de la partie moyenne des tiges, avec et sans nœud, vertes ou séchées au four. La hauteur de l’échantillon ne doit pas être supérieure à dix fois l’épaisseur de la cloison. Sont citées ci-dessous quelques valeurs de résistance à la compression du bambou, provenant de quelques essais au bloc technique universitaire d’Ankatso – Antananarivo MADAGASCAR.
Lors de ses essais de compression, on a utilisé des sections de tige et des lattes d’une même espèce pour obtenir les résultats suivants sur des échantillons avec ou sans nœud au centre alternativement :
Tableau 12: Résistance à la compression de différentes sections de tiges et de lattes de bambou.
ESPECE Nœuds RESISTANCE A LA COMPRESSION en Kg/cm2 Section de tige Lattes
Pour les essais à la compression orthogonale à la fibre, nécessaire pour les parquets et madriers, on teste à la fois les épaisseurs et les largeurs des lamelles, collées ou non, séchées à l’air ou au four. La hauteur de l’échantillon ne doit pas être supérieure à vingt fois
l’épaisseur. Le tableau 11 cite quelques-uns des valeurs de ce genre de résistance à la compression du bambou, provenant également des essais au bloc technique universitaire d’Ankatso – Antananarivo MADAGASCAR.
Tableau 13: Étude comparative des Résistances du bambou vis à vis des autres essences.
Espèces Bois blanc Varongy
rouge Fameloha Palissandre
L x l x e (mm) 200x24x10 200x24x10 200x24x10 200x24x10 200x24x10 200x21x8 200x21x14
Masse (g) 33 43 44 37 39 29 55 s’exercent sur le matériau lors de la flexion.
I.6. Conclusion partielle :
En comparaison avec le bois, le bambou utilisé comme élément de structure présente de nombreux avantages. C’est un matériau très léger, ce qui non seulement facilite son transport mais aussi permet son utilisation dans la construction de structures également légères. Son extraordinaire résistance à la compression et à la traction dépasse celle de la plupart des espèces ligneuses.
Le bambou est très utile pour les constructions importantes car il est très résistant pour son poids. Ceci est dû au fait que les fibres les plus solides étant à l’extérieur où elles apportent le maximum de résistance ainsi qu’une surface extérieure dure et d’aspect agréable.
Généralement, on ne peut pas clouer les bambous sans qu’elles se fendent, seulement, étant donné la compacité suite au pressage ainsi que la prise des colles, ce cas devient sans risque.