Campagne de validation des conditions de collage

Compte tenu d’une variabilité importante des résultats de délamination présentés précédemment,

une nouvelle campagne de collage de 4 poutres par essence (2 appareillées de façon homogène et

les 2 autres de façon hétérogènes) a été menée afin de vérifier que des paramètres identifiés sont

suffisants pour l’obtention d’un collage structural correct. L’approvisionnement en résine s’est fait

par un autre fabricant, fournissant une colle supposée plus compatible avec les bois « difficiles à

coller ». De plus, l’étape d’encollage s’est réalisée en simple face cette fois-ci afin de juger de la

bonne tenue du collage lors d’une fabrication industrielle (écartant l’encollage en double face). Par

ailleurs, le temps d’assemblage fermé a été rallongé et fixé à 40min (tableau 18) et la pression

établie à 1Mpa. D’ailleurs, ce nouveau TAF est plus adéquat pour la réalisation industrielle du

projet. En effet, lors de la fabrication en usine, le temps nécessaire à la constitution d’une poutre

standard de lamellé-collé, avant sa mise sous presse, est largement supérieur à 5 min.

Tableau 18: Récapitulatif des conditions de collage retenues en fonction des bois

Essence Grammage (g/m²) Pression (MPa) TAF (min)

Q. rosea 450 1 40

P. venosa 300 1 40

105

Notons que pour le D. guianensis, le temps d’assemblage fermé, bien qu’il fût préconisé court, a été

fixé à 40 minutes comme pour les autres essences. En effet, il s’avère que lors de plusieurs tests sur

ce paramètre, un temps long (40 minutes) avait d’aussi bons, voire de meilleurs résultats qu’avec un

temps court. De ce fait, pour toutes les essences de bois, le temps d’assemblage fermé a été fixé à

40 minutes

3.3.3.1 Résultats des tests de délamination

Les échantillons provenant de ces nouvelles poutrelles collées, suivant les prescriptions soulignées

précédemment, ont subi le test de délamination, avec les deux cycles de gonflement/séchage et les

résultats sont présentés dans la figure 48. Ces résultats sont moyennés pour 5 échantillons provenant

d’une même poutre.

Sur cette figure, on remarque que dans le cas du Q. rosea des échantillons présentent encore des

résultats de délamination largement supérieurs à la limite imposée par la norme. Notons par ailleurs

que les échantillons présentant les plus fortes délaminations (66 ± 3%) proviennent d’une poutre

appareillée de façon contraignante en mélangeant les débits (dosse-quartier-dosse ou

quartier-dosse-quartier).

Concernant le P. venosa, les résultats présentés par la figure 48 sont de plus en plus homogènes,

mais certains ne sont pas encore concluants.

Les résultats obtenus sur ces deux essences de bois montrent que les conditions de collage testées

peuvent engendrer un joint maigre et donc de fortes délaminations. Ainsi, ces conditions ne sont pas

adéquates.

Enfin, les résultats de délamination sur le D. guianensis ont permis d’établir les conditions

minimales de fabrication pour cette essence qui présente de bons résultats pour la validation d’un

collage structural même avec un encollage simple face (4 % de délamination).

106

Figure 48 : Résultats de délamination pour la validation des paramètres de collage

Afin d’étudier la variabilité des résultats de délamination obtenus pour cette campagne de collage,

la figure 49 les représente triés en fonction des appareillages testés et du type d’encollage utilisé,

avec nc = non contraignant et c = contraignant.

Figure 49 : Résultats de délamination en fonction de l’appareillage et de l'encollage testés

La figure 49 illustre bien qu’un appareillage contraignant engendre des délaminations plus

importantes que celles d’un appareillage non contraignant.

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

Q. rosea (nc) Q. rosea (c) P. venosa (nc) P. venosa (c) D. guianensis (nc) D. guianensis (c)

D é lam in ation (% )

107

De plus, on remarque que dans le cas du Q. rosea et du P. venosa, les résultats de délamination

obtenus avec un simple encollage sont meilleurs que ceux enregistrés avec un encollage double

face. Cette observation vient en contradiction avec les préconisations de collage relevées dans la

bibliographie. Cependant, dans le cas du D. guianensis, l’effet du double encollage est bien en

adéquation avec ces observations. Par ailleurs, la figure 50, présente ces mêmes résultats en

fonction de la température enregistrée lors de l’encollage et de l’appareillage réalisé.

Figure 50 : Délamination en fonction de la température ambiante d’encollage

Sur cette figure, les collages réalisés à 22°C ont été faits en simple encollage et ceux réalisés à 32°C

en double encollage. On remarque ainsi que pour le Q. rosea et le P. venosa, l’élévation de la

température lors de l’encollage a eu un effet négatif sur la résistance du joint de colle aux

délaminations. En effet, du fait que la résine utilisée soit thermodurcissable, l’adhésif appliqué

polymérise plus rapidement avec une température élevée, engendrant un durcissement plus rapide

de celui-ci sur les lames de bois. De plus, avec un encollage double face, la quantité de résine

appliquée par face est deux fois moins élevée qu’avec un encollage simple face et ainsi son temps

de polymérisation est plus court. Combiné avec une température élevée, il est possible que la résine

appliquée sur chaque face soit à un stade de polymérisation avancée, gênant la cohésion de la colle

lorsque les lames sont mises en contact. Cette mauvaise cohésion peut expliquer ces mauvais

résultats de délamination sur le Q. rosea et le P. venosa obtenus avec l’encollage double face.

Au regard de ces résultats, le D. guianensis s’est illustré comme l’essence de bois ayant la meilleure

aptitude au collage pour la fabrication de lamellé-collé. Afin de confirmer les résultats obtenus en

simple face sur cette essence, 4 autres poutres encollées dans les mêmes conditions ont été testées.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 22°C (nc) 22°C (c) 32°C (nc) 32°C (c) D é lam in ation (% )

108

Ainsi le test de délamination a été réalisé sur 20 échantillons. La figure 51 regroupe tous les

résultats de délamination des poutres encollées en simple face sur le D. guianensis.

Figure 51 : Résultats de délamination du D.guianensis encollé en simple face

Les résultats viennent conforter la bonne aptitude au collage du D. guianensis en simple face et

suivant les conditions de collage établies lors de cette campagne de test.

Concernant les deux autres essences de bois, malgré certains résultats satisfaisants, le risque de

délamination est encore trop prononcé pour définir ces essences de bois comme de bons supports

pour la fabrication de lamellé-collé. Concernant le P. venosa, il est possible que les résultats de la

campagne de validation, viennent de l’effet d’une pression trop forte, créant des joints maigres.

Dans le cas du Q. rosea, le fait d’appliquer la résine en simple face a pu éviter une trop forte

adsorption de la colle par les deux lames de cette essence poreuse. De nouveaux tests, en

augmentant le grammage ou en diminuant le TAF ou en diminuant la section des lamelles, seraient

nécessaires pour améliorer les résultats obtenus.

3.3.3.2 Résultats des tests de cisaillement

Afin de valider les collages réalisés lors de cette campagne de lamellation, le test de cisaillement de

l’assemblage par collage a été mené sur 10 échantillons par essence. La figure 52 présente les

contraintes maximales de cisaillement f

v

pour les différentes essences de bois.

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 (% )

109

On remarque sur cette figure que la résistance mécanique des joints de colle est élevée et se

rapproche de celle mesurée sur le bois massif. Concernant le P. venosa, cette essence présente des

résultats plus variables que les deux autres.

Figure 52: Contrainte maximale de cisaillement f_v relevée sur les joints de colle et le bois massif

La norme européenne valide un collage structural en associant la contrainte de rupture au

cisaillement pondérée (f

v

) relevée lors de l’essai et l’adhérence du joint de colle (cf. § 2.1.2). De ce

fait, la figure 53 illustre les résultats d’adhérence en fonction des contraintes f

v

.

Figure 53: Taux d’adhérence en fonction des contraintes de cisaillement relevées

0 5 10 15 20

joint de colle bois massif

Co n tr ai n te d e c isai lle m e n t fv ( M p a)

Q. rosea P.venosa D. guianensis

0% 20% 40% 60% 80% 100% 6 ≤ fv < 11 fv ≥ 11 Tau x d 'A d h é re n ce A

110

D’après cette figure, les taux d’adhérence sont en adéquation avec les préconisations de la norme

européenne. Cela valide la résistance au cisaillement des assemblages par collage réalisés lors de

cette campagne, et ce pour toutes les essences de bois. Enfin, notons que, pour Q. rosea et

D.guianensis, seuls 2 joints de colle présentent des contraintes de cisaillement inférieures à 11 MPa

contre 5 joints de colle pour P. venosa. Ceci expliquant la variabilité des résultats pour cette essence

illustrée par la figure 53.

3.3.3.3 Conclusion de la validation d’un collage par

lamellation

En conclusion de cette campagne de collage, il résulte que les trois essences de bois guyanaises

passent avec succès le test de cisaillement du joint de colle afin de valider la résistance mécanique

de l’assemblage structural par lamellation.

Cependant, les résultats de délamination ne sont pas encore suffisamment homogènes et au-dessus

de la limite préconisée par la norme pour le Q. rosea et le P. venosa. Dans le cas du D. guianensis,

les deux tests normalisés pour la validation d’un tel collage sont concluants et ce même pour un

encollage simple face, utilisé en industrie.

De ce fait, cette campagne a permis de valider les conditions de collage utilisées sur le D.

guianensis pour une fabrication industrielle de lamellé-collé avec cette essence. Les deux autres

présentant encore des risques de délamination trop importants avec les conditions de collage

utilisées ici. Des tests supplémentaires avec l’ajout de résine (Q. rosea) ou la diminution de la

pression (cas du P. venosa) doivent être menés afin d’atteindre la limite requise pour le test de

délamination, nécessaire à la validation d’un collage structural.

111

3.3.3.4 Paramètres de fabrication influençant la

qualité du collage

3.3.3.4.1 Influence de l’encollage en double face

Dans l’industrie du lamellé-collé, l’étape d’encollage se réalise en simple face, c'est-à-dire que la

résine est appliquée sur une seule face des lamelles avant la mise en contact. Dans le cas de bois dits

« difficiles à coller », il est recommandé de réaliser un encollage en double face qui s’avère plus

bénéfique pour la création d’un assemblage résistant (cf. § 1.4.2).

Afin d’évaluer l’influence du double encollage, huit poutres de D. guinanensis ont été collées avec

les même conditions que celles fixées lors de la campagne de validation (cf. § 3.3.1), seul le mode

d’application de la résine a changé (quatre poutres sont encollées en simple face, les autres en

double face). Les cinq échantillons de chacune des poutres ont ensuite été testés en délamination et

les résultats sont présentés par la figure 54.

Figure 54: Influence de l’encollage en double face sur le collage via le test de délamination pour le D. guianensis

Les résultats présentés sur cette figure illustrent bien l’influence significative de l’encollage en

double face sur un bois « difficile à coller » (R² = 0.86 et valeur p < 0.0001). On remarque que les

résultats de délamination sont nettement améliorés par l’application de la colle sur les deux faces

mises en contact plutôt que sur une seule. Grâce à l’encollage sur les deux supports, chacune des

faces peut laisser pénétrer un minimum d’adhésif avant qu’elles soient mises en contact pour le

serrage. Ceci augmente l’ancrage de la résine dans le bois de part et d’autre de chaque assemblage.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 Hétérogène Homogène D é lam in ation (% )

112

De plus, la figure 54 met en évidence l’influence de l’appareillage sur la bonne adhésion. En effet,

on obtient un meilleur collage lorsque les débits des lames sont homogènes. Assurément, cette étape

de préparation à l’assemblage permet de limiter les contraintes engendrées, à l’interface de collage,

par les rétractibilités du bois lors de sa mise en œuvre.

3.3.3.4.2 Influence de l’épaisseur des lamelles

Afin d’étudier l’influence de l’épaisseur des lamelles sur les délaminations pour le P. venosa et le

D. guianensis, 8 poutres pour chaque épaisseur ont été collées suivant les mêmes conditions (cf. §

3.3.1). La moitié des poutres sont appareillées de façon homogène.

Lors de la fabrication de lamellé-collé, l’expérience des fabricants a permis d’identifier des sections

maximales afin que le collage structural soit satisfaisant. Celles-ci sont de 12 000mm² pour des

résineux et de 7 500mm² pour des feuillus [105]. De plus, d’après la norme européenne de

fabrication, les épaisseurs des lamelles à encoller sont aussi réglementées avec un maximum de 50

mm pour des conifères et de 40 mm pour les feuillus, et ce dépendant de la classe de service où les

produits seront utilisés. Par exemple, pour un emploi en classe de service 3 (extérieur soumis à de

fortes réhumidifications) les épaisseurs maximales sont réduites à 35 mm (et respectivement à

10 000mm² et 6 000mm² pour les sections). De ce fait 3 épaisseurs ont pu être testées, pour le P.

venosa, (16, 22 et 28 mm), l’approvisionnement par la scierie ne permettant pas d’avoir des sections

de 3 400mm² (la largeur des lamelles étant fixée à 100mm). En ce qui concerne le D. guianensis,

une épaisseur supplémentaire a été étudiée (34mm).

Suite à deux semaines de stabilisation, 5 échantillons par poutres ont subi le test de délamination et

les résultats sont présentés sur la figure 55.

113

Figure 55: Influence de l’épaisseur des lamelles sur les délaminations

A travers ces résultats, il apparait évident que plus la section des lames est petite, plus les

délaminations sont faibles (R²= 0.76 pour le P. venosa et R² = 0.85 pour le D. guianensis). En effet,

avec des faibles sections, les contraintes engendrées lors du test de délamination, dues aux retraits

transverses du bois, sont minimisées ainsi que les risques de rupture dans le joint de colle.

Concernant les écarts types, les délaminations maximales sont principalement observés dans les

assemblages hétérogènes.

3.4 Validation d’un collage structural par

Dans le document Étude de faisabilité de lamellé-collé endémique en Guyane française (Page 104-113)