CHAPITRE 3: Partie expérimentale
3.3 Validation d’un collage structural par lamellation
3.3.2 Analyse des essais de collage
Lors de la réalisation des échantillons soumis aux tests normalisés pour la validation d’un collage
structural par lamellation, la troisième campagne a été conduite en résorcine sur trois paramètres de
collage (tableau 16). Par ailleurs, afin de juger de l’influence du rabotage sur l’obtention d’un
collage structural de qualité quelques paramètres ont été testés suivant deux états de surface
différents (lamelles rabotées, ou non, juste avant l’étape d’encollage) pour une seule essence de bois
(Q. rosea).
Tableau 16: Récapitulatif des paramètres de collage testés pour la première campagne de collage en RPF
Paramètres Valeurs testées Nbr
d’échantillons Lamelles rabotées moins de 24h avant l’encollage
Grammage (g/m²)
250 750 1500 270
TAF (min) 5 10 20
Pression (MPa) 0.4 0.7 1
Lamelles rabotées plus de 24h avant l’encollage Grammage
(g/m²)
750 1500 60
TAF (min) 10 20
Pression (MPa) 0.7 1
De plus, afin d’évaluer si les conditions de collage ciblées pour un climat tropical étaient
satisfaisantes, des poutres témoins ont été réalisées en Larix decidua (Mélèze) suivant les mêmes
conditions de collage puis testées en délamination.
Ainsi, tous les résultats de délamination des échantillons issus des lamelles rabotées moins de 24h
avant l’encollage sont présentés dans les paragraphes suivant. Notons qu’un point sur le graphique
représente une valeur moyennée de 10 résultats de délamination évalués pour une seule et unique
condition de collage testée.
Par la suite, une comparaison avec les résultats issus des échantillons non rabotés permettra de
souligner l’influence de cet état de surface sur l’obtention d’un collage structural de qualité.
Enfin, seuls les échantillons rabotés ont été testés en cisaillement, et leurs résultats seront détaillés
en dernier lieu.
86
3.3.2.1 Résultats des tests de délamination
3.3.2.1.1 Influence du grammage
Les résultats des délaminations en fonction des grammages sont illustrés pour les 3 essences
guyanaises ainsi que pour l’essence de référence sur la figure 35. De prime abord, on observe
qu’une grande partie des échantillons collés avec les essences tropicales ont subi des délaminations.
Cependant, une première tendance est soulignée. En effet, on observe que le taux de délamination
diminue avec l’augmentation du grammage.
Pour les échantillons réalisés en L. decidua, collés suivant les mêmes conditions, les résultats de
délamination sont très satisfaisants et leurs grammages sont les plus élevés (entre 270 et 370 g/m²).
Figure 35: Taux de délamination en fonction des grammages
De plus cette figure illustre que, quelle que soit l’essence collée, les grammages mesurés sont bien
inférieurs à ceux appliqués lors de l’encollage. En effet, lors de l’analyse des résultats en fonction
des 3 grammages fixés par cette campagne de collage, la variabilité des résultats de délamination
était anormalement élevée. Ainsi et de façon à expliquer ces variations, l’épaisseur de chaque joint
de collage (figure 36) réalisé fut mesurée avec par un microscope disposant d’un dispositif
d’épi-fluorescence.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 50 100 150 200 250 300 350 400 D e lam in ation (% )Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
87
Figure 36: Image d’un joint de colle au microscope (x100)
Cette mesure de l’épaisseur du joint de colle a permis, grâce à l’équation 19, d’évaluer la quantité
de colle réellement appliquée sur les surfaces encollées (grammage mesuré présenté par la figure
35).
⁄
(19)
Notons que dans la formule ci-dessus (19), le nombre 1.23 représente la densité de la colle à l’état
sec et 0.58 représente le facteur de perte de masse lorsque la colle a durci suite aux deux semaines
de stabilisation. Cette perte de masse représente la teneur en eau de l’adhésif qui, lors de sa
polymérisation, est libérée dans le plan de collage et doit être absorbée par le bois pour ne pas gêner
l’adhésion.
Ainsi, avec cette correction sur la quantité de colle présente dans l’assemblage, la figure 35
confirme que lorsque la quantité de colle présente dans l’assemblage augmente, les délaminations
diminuent. En effet, on observe qu’après un certain seuil (170g/m²), l’assemblage par collage est
suffisamment résistant pour subir de sévères variations cycliques d’humidité. Cette remarque,
agrémentée des résultats obtenus sur le L. decidua, illustre bien le fait qu’un collage structurel doit
se faire avec suffisamment d’adhésif (pas moins de 170 g/m²) afin que son adhérence soit suffisante
pour résister aux contraintes de rétractabilité engendrées lors des tests de validation. De plus, cette
observation confirme le fait que le collage de bois denses (densité supérieure à 0.7) n’est pas facile
Remarque : L’échelle, représentée sur la figure, est de 250µm par division
Joint de colle entre deux lames de Q. rosea
88
et que, souvent, les assemblages obtenus sont de qualité médiocre. En effet, ce type de bois, dit non
absorbant, peut présenter une faible mouillabilité de surface (cf. § 3.5.3.2.), entrainant une
stagnation de l’eau (présent dans le mélange collant) à l’interface, ralentissant le processus de
polymérisation de la colle.
Dans le cas d’un bois poreux, tel que le Q. rosea, il s’avère que la quantité de colle mesurée dans
les assemblages est globalement inférieure à celles enregistrées pour le P. venosa et le D.
guianensis. Cette observation confirme certaines recommandations à prendre pour l’encollage de
bois poreux (cf. § 1.4.2), comme l’augmentation de la quantité de résine à appliquer sur les surfaces
à assembler, évitant ainsi les joints maigres (inférieur à 40µm d’épaisseur équivalent à 85 g/m²). En
effet, dans le cas de bois poreux, une partie de la colle est absorbée par les lamelles, au travers des
vaisseaux, créant ainsi des joints de trop faible épaisseur pour avoir une adhérence suffisante,
typique des joints maigres. Notons de plus que, présentés en annexe, lors de la réalisation de collage
en climat tempéré, les résultats de délamination n’étaient pas non plus concluant et l’épaisseur des
lamelles a dû être diminuée (22 mm) pour valider un collage structurel avec cette essence. Ceci
montre bien qu’un bois avec des coefficients de retrait élevés engendre de très fortes contraintes au
niveau de l’interface de collage lors de variations sévères d’humidité. Dans ce cas présent, il est
indispensable d’augmenter la quantité de colle à déposer sur les lamelles, afin que le joint de colle
soit suffisamment épais (150 µm au moins soit 250 g/m²) pour pallier les conséquences des
contraintes dues au retrait.
Concernant les deux autres essences de bois testées, plus dense que le Q. rosea, les résultats de
délamination (figure 35) montrent que le P. venosa présente une assez bonne capacité pour le
collage de bois à fins structurelles malgré un grammage en-deçà de ceux préconisés. On observe
notamment que les résultats de délamination sur le P. venosa sont plus homogènes que pour les
autres essences. Pour le D. guianensis, les résultats, plus variables, présentent toutefois une
résistance suffisante à la délamination lorsque la quantité de colle appliquée est correcte (au moins
170g/m²). Ces différences de variabilité entre ces deux essences de bois peuvent être dues aux
coefficients de rétractibilité, supérieurs dans le cas de D. guianensis.
89
Enfin, en plus de l’observation de faible grammage dans les assemblages réalisés, il apparaît que
pour certains de ces échantillons le test de délamination fût concluant alors que la quantité de colle
appliquée était très faible (exemple du Q. rosea où le total des délaminations est inférieur à 10%
alors que seulement 80g/m² de résine est présente dans l’assemblage). Suite à cette observation, et
connaissant l’interdépendance des paramètres de collage, les résultats de la figure 35, sont analysés
suivant les autres paramètres de fabrication testés, comme le temps d’assemblage fermé, paramètre
aussi important que celui du grammage.
3.3.2.1.2 Influence du temps d’assemblage fermé
La figure 37 présente les résultats de délamination en fonction des grammages mesurés dans les
assemblages mais en les triant en fonction des temps d’assemblage fermé observés lors de l’étape
d’encollage (5, 10 et 20 minutes). Cette figure tend à souligner le fait que les mesures des
délamination deviennent plus homogènes (voir concluantes) lorsque le temps, laissé entre
l’encollage et le serrage, est court (cas du Q. rosea et du D. guianensis). Cependant, avec un Temps
d’Assemblage Fermé (TAF) de 20 minutes des résultats concluants sont illustrés par la figure 37.
Concernant le Q. rosea, la figure 37 montre bien la tendance à homogénéiser les résultats de
délamination lorsque le TAF est de 20 minutes. Cependant, les meilleurs résultats de délamination
ont été obtenus avec un TAF de 5 minutes. Malheureusement, même avec des résultats plus
homogènes et moins de rupture dans les joints de colle, la limite normée (D) sur les délaminations
est largement dépassée. De ce fait, et malgré quelques résultats positifs, le grammage restant dans le
joint de colle est trop faible pour assurer un collage structural pérenne avec cette essence de bois.
En regardant l’évolution des résultats de délamination sur le P. venosa en fonction du Temps
d’Assemblage Fermé, on remarque les plus faibles délaminations résultent des collages réalisés
avec un TAF de 20 minutes. Cependant, à 5 minutes d’attente avant le serrage, les résultats sont
plus homogènes. En effet, il apparaît que plus le TAF est élevé, plus le grammage est élevé,
réduisant ainsi les délaminations, suffisamment pour réussir le test (figure 37c, 7 % de délamination
pour 200 g/m² et 20 minutes de TAF). Cela vient conforter le fait, observé précédemment pour le
cas du Q. rosea, qu’un minimum de temps doit être laissé à la colle pour pénétrer dans les planches
et commencer sa polymérisation et d’éviter toute expulsion de la colle.
En revanche, pour le D. guianensis. Il apparaît sur la figure 37a que, non seulement un grammage
suffisamment élevée pouvait être obtenu avec 5 minutes de TAF, mais que tous les échantillons
collés avec si peu de temps avant le serrage étaient proches de la limite normalisée de délamination.
90
Figure 37: Taux de délamination en fonction des grammages pour des TAF de (a) 5 min, (b) 10 min et (c) 20min
0 10 20 30 40 50 60 70 80 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 D e lam in ation (% )
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
0 10 20 30 40 50 60 70 80 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 D e lam in ation (% )
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
0 10 20 30 40 50 60 70 80 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 D e lam in ation (% )
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
(c) TAF = 20 mn (b) TAF = 10 mn (a) TAF = 5 mn
91
En analysant statistiquement ces résultats (l’analyse de la variance), il s’avère qu’aucune influence
significative du TAF sur les délamination ne peut être soulignée pour le P. venosa (R² = 0.01 et
valeur p = 0.295). En revanche, les deux autres essences sont influencées (R² = 0.151 et la valeur p
= 0.001 pour le Q. rosea et R² = 0.258 la valeur p < 0.0001 pour le D .guianensis). La figure 38
présente les moyennes des délamination en fonction des temps d’assemblage appliqués lors de
l’encollage pour le Q. rosea (a)et le D. guianensis (b).
Figure 38: Taux de délamination en fonction des TAF pour (a) Q. rosea et (b) D. guianensis
0 10 20 30 40 50 5 10 20 D é lam in ation (% ) TAF (min) 0 10 20 30 40 50 5 10 20 D é lam in ation (% ) TAF (min)
Moyenne / valeur Borne inf. (95%) Borne sup. (95%) Moyenne totale
(b) D. guianensis (a) Q. rosea
92
Sur la figure 38, on remarque que dans le cas du Q. rosea, un temps d’assemblage fermé long peut
être bénéfique pour le collage structural de cette essence. En effet, la moyenne des délaminations
obtenues avec 20 minutes de TAF est inférieure à la moyenne générale des résultats. De plus, il
apparait que les collages réalisés avec 10 minutes de TAF sont les plus sujets aux délaminations.
Cette remarque vient étayer la première recommandation faite sur ce bois (augmenter le grammage
à l’encollage) en préconisant une augmentation du TAF pour éviter toute expulsion de la colle.
En revanche sur la figure 38b, le D. guianensis présente un assemblage par collage le plus résistant
aux délamination lorsqu’il a été réalisé avec seulement 5 minutes de temps d’assemblage fermé.
Cette dernière observation sur le D. guianensis, permet de mesurer l’importance de ce paramètre de
collage pour la fabrication de lamellé-collé. En effet, même si le Q. rosea et le P. venosa nécessitent
un Temps d’Assemblage Fermé long, le D. guianensis lui, observe une meilleure tendance à résister
aux délaminations avec un TAF court. Il est donc important d’observer un temps adéquat à
l’essence susceptible d’être utilisée pour la ligne de production.
3.3.2.1.3 Influence de la pression de serrage
En triant les résultats de délamination (figure 39) en fonction des pressions de serrage utilisées lors
de cette campagne, aucune tendance n’a pu être soulignée.
La figure 39 présente les délaminations obtenues en fonction des niveaux de pression appliqués,
affinés grâce à la modélisation numérique réalisée sur la répartition de la pression en fonction des
martyrs en T. serratifolia, utilisés lors de cette campagne. Appuyée par un test statistique (analyse
de la variance), il s’avère que seul le P. venosa montre une influence de la pression de serrage sur
les résultats de délamination (R² = 0.304 et valeur p = 0.004).
93
Figure 39: Taux de délamination en fonction des grammages pour des pressions de (a) 0.4 MPa, (b) 0.7 MPa et (c) 1 MPa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 D é lam in ation (% )
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
0 10 20 30 40 50 60 70 80 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 D é lam in ation (% )
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
0 10 20 30 40 50 60 70 80 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 D é lam in ation (% )
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
(c) P = 1 MPa (b) P = 0.7 MPa (a) P = 0.4 MPa
94
La modélisation numérique de la répartition de la pression en fonction des martyrs (cf. § 3.2) a
permis de corriger les pressions appliquées en fonction de la place de l’échantillon dans la poutre.
Chacune des pressions étudiées peut ainsi être décomposée en trois niveaux différents représentant
celle obtenue sous les vis de serrage, celle au milieu de l’entraxe et un niveau intermédiaire
(respectivement 100%, 40% et 70% des pressions appliquées). Ces coefficients appliqués aux 3
niveaux de serrage étudiés donnent finalement 6 pressions réellement obtenues sous les martyrs
(0.2 ; 0.3 ; 0.4 ; 0.5 ; 0.7 et 1 MPa représentés par la figure 40 pour le P. venosa).
Figure 40: Taux de délamination en fonction des pressions de serrage pour le P. venosa
Dans le cas du P. venosa, il s’avère que de meilleurs résultats de délamination ont été obtenus avec
des pressions de serrage inférieures à 0.5 MPa. En plus de cela, il apparaît que pour ces niveaux de
pression, les résultats de délamination sont un peu plus homogènes que ceux obtenus avec des
pressions élevées.
Trié en fonction des TAF observés lors des collages, les moyennes des résultats de délamination en
fonction des niveaux de serrage sont représentées par la figure 41.
95
Figure 41: Moyennes des délaminations sur le collage du P. venosa en fonction des niveaux de serrage, triées par TAF
Sur la figure 41, il apparait que, dans le cas du P. venosa, de faibles pressions de serrage engendrent
des joints de colle plus résistants aux délaminations. Et lorsque que celle-ci augmente, les risques de
craquelures dans l’assemblage aussi. De plus, cette figure montre qu’avec une pression de serrage
de 0.4 MPa, les résultats de délaminations sont sensiblement les mêmes quel que soit le TAF
observé. Enfin, il apparaît que la variabilité des délaminations est principalement due aux résultats
élevés obtenus avec une pression de serrage de 0.5 MPa et un TAF de 10 minutes.
La tendance observée sur la figure 41, s’explique par le fait que lorsque la pression de serrage
augmente, la quantité de colle restante dans le plan de collage diminue. En effet, du fait de la forte
densité des bois, l’élévation de la pression de serrage peut avoir un double effet sur la création d’un
joint de colle résistant.
Le premier effet n’est autre que l’expulsion de la colle par l’application d’une forte pression sur des
bois denses, réduisant la quantité de colle appliquée dans les plans de collage, et donc sa résistance
mécanique, plus faible que les contraintes engendrées par les rétractibilités du bois lors du test de
délamination.
Le deuxième effet est de faire pénétrer en profondeur la colle dans les vaisseaux pour un bois ayant
une bonne capacité d’absorption. Cet effet réduit l’épaisseur du joint de colle mais augmente, dans
une certaine mesure, l’ancrage de l’adhésif dans le support.
0 10 20 30 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1 D é lam in ation (% )
Pression réelle (MPa)
96
Ces remarques, viennent appuyer le fait que, lors d’un collage de bois dense, augmenter la pression
de serrage n’est pas forcément bénéfique pour l’obtention d’un assemblage par collage de qualité
[102], et ce malgré les recommandations, des fiches techniques fabricant, d’un serrage compris
entre 0,6 et 1,5 MPa. De plus dans le cas du P. venosa, la présence de thylles (et autre dépôts
obstruant) dans les vaisseaux peut entraîner une réduction de l’absorption de la résine par cette
essence de bois, ce qui expliquerait la variabilité des résultats pour les différents niveaux de
pression.
En conclusion, l’analyse des résultats de délamination en fonction des paramètres de collage testés a
permis de relever certaines tendances afin d’évaluer les conditions de fabrication pour la réalisation
de lamellé-collé structurel avec ces essences de bois tropicaux.
Dans le cas d’un bois, tel que le Q. rosea, du fait de son affinité hygroscopique, le grammage à
appliquer sur les surfaces des lames doit être suffisamment élevé afin qu’un minimum d’adhésif
reste aux interfaces de collage. De même, le temps d’assemblage fermé doit, lui aussi, être rallongé
afin que la colle polymérise un minimum avant l’étape de serrage. En effet, si ce paramètre n’est
pas augmenté en même temps la quantité de colle déposée sur les lames, l’adhésif peut être chassé
des plans de collage, créant de faibles joints d’assemblage, lors de la mise sous presse. Ainsi, une
nouvelle campagne de test a été menée sur le Q. rosea, en augmentant le grammage à déposer ainsi
que le temps d’assemblage fermé.
Dans le cas de bois encore plus denses, comme le D. guianensis, et le P. venosa, il apparait qu’à
partir de 170 g/m² présents dans l’interface de collage, le grammage soit suffisant pour pallier les
problèmes dus aux contraintes engendrées par les rétractibilités de ces bois lors du test de
délamination. En revanche, même si ces deux espèces présentent des similarités quant aux
grammages à appliquer, l’effet du temps d’assemblage fermé sur la résistance au vieillissement
artificiel sont opposés. En effet, le P. venosa suit la même recommandation que le Q. rosea, du fait
de sa faible porosité, nécessitant un TAF suffisamment long pour éviter l’expulsion de la colle lors
du serrage. Alors que le D. guianensis, présente de meilleurs résultats avec un temps d’attente court
avant la mise sous presse.
Concernant le niveau de pression pour le serrage des lames, ce paramètre ne montre qu’une
influence secondaire sur l’obtention d’un collage de qualité. En effet, même si le P. venosa et le Q.
rosea, affichent une sensibilité à un serrage élevé (meilleurs résultats avec 0,4 MPa plutôt qu’avec 1
MPa), le D. guianensis n’a pas montré de réelle influence de ce paramètre sur la qualité de son
collage. De plus, compte tenu de la variabilité des résultats obtenus, les tendances soulignées pour
ces essences ne peuvent être confirmées.
97
3.3.2.1.4 Influence du rabotage
Afin d’étudier l’influence du rabotage, mentionné succinctement dans l’analyse bibliographique
comme étant une étape cruciale lors de la fabrication du lamellé-collé, trois conditions de collage
différentes ont été testées sur le Q. rosea (tableau 17).
Tableau 17: Définitions des conditions de collage testées pour l’influence du rabotage
Conditions Grammage (g/m²) Pression (MPa) TAF (min)
1 1500 0,7 10
2 750 0,7 10
3 750 1 20
Pour chacune des conditions, une poutre a été encollée au moins 24h après le rabotage (résultats en
bleu sur la figure 42) et une moins de 10h après le rabotage (résultats en rouge sur la figure 42). Les
résultats de délamination, présentés par la figure 42, soulignent le fait que, quelle que soit la
condition de collage testée, les résultats de délamination sont significativement améliorés lorsque le
rabotage est réalisé peu de temps avant l’encollage (R² = 0.80 et valeur p < 0.0001).
Figure 42: Influence du rabotage sur le collage du Q. rosea via le test de délamination
0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 D é lam in ation D ( % ) Rabotage > 24h Rabotage < 24h
98
Ainsi, cette figure montre bien que l’étape d’encollage est un facteur déterminant pour l’obtention
d’un collage structural. En effet, en rafraîchissant la surface du bois peu de temps avant l’encollage,
la surface des lamelles est alors nettoyée de tous contaminants possibles (poussières, résines…)
empêchant l’absorption de la colle. De plus, cela permet aussi de libérer des points d’ancrage pour
la résine, qui, par affinité chimique, se lient aux molécules de bois fraîchement coupé [103]. Si ces
liaisons chimiques sont laissées à stabiliser avant d’appliquer l’adhésif, l’oxydation diminue le
nombre de liaisons potentielles [103].
3.3.2.2 Résultats des tests de cisaillement
Suite aux résultats de délamination, les 27 conditions de collage étudiées dans la campagne de
Dans le document
Étude de faisabilité de lamellé-collé endémique en Guyane française
(Page 85-104)