Pour valider la modélisation et en caler les paramètres, les résultats de la modélisation doivent être comparés à des résultats expérimentaux. On se rend alors compte qu'il manque un maillon dans le passage des échelles puisque l'on part des propriétés des constituants et que les premières données expérimentales disponibles ne sont qu'à l'échelle de la cellule isolée
voire le plus généralement du tissu. La modélisation de l'agencement et de l'interaction des constituants ne peut pas être comparée à des propriétés à l'échelle de la paroi. De telles données expérimentales permettraient aussi une modélisation du passage Paroi-Cellule afin d'étudier l'interaction entre les couches qui jusque là sont supposées parfaitement adhérentes alors que certaines observations (notamment sur la couche G) permettent de se poser la question.
Il semble donc important de pouvoir proposer des outils pour une analyse des propriétés physico-mécaniques des parois de la cellule.
Ch a p i t r e 2 : Pr o p r i é t é s p h y s i c o m e c a n i q u e s d u b o i s a l'e c h e l l e
MACROSCOPIQUE ELEMENTAIRE EN LIAISON AVEC LA MISE EN PRECONTRAINTE ET LA PRESENCE DE BOIS DE TENSION
Afin de comprendre les propriétés mécaniques et physiques du bois, il est intéressant de regarder quels sont les types de tissus qui contribuent à telle ou telle propriété. Nous nous intéresserons ici plus particulièrement à la direction longitudinale. Pour cela, des mesures de densité, de point de saturation des fibres, de retrait et de module longitudinal sont réalisées sur des éprouvettes de taille réduite de Châtaignier. Une observation anatomique des échantillons est ensuite réalisée.
Des mesures préalables de déformations résiduelles longitudinales de maturation (DRLM) sur les arbres sur pied ont permis un échantillonnage couvrant une large gamme de contraintes de croissance.
L'ensemble des mesures réalisées est récapitulé dans le tableau 2.
Arbres 2 Zones de prélèvement 8 Mesures de DRLM 8 Densité 96 Module saturé 96 Module sec 96 Retrait axial 96 Retrait tangentiel 96 Anatomie 96
tableau 2 : tableau synoptique des mesures réalisées
La figure 8 récapitule les différentes étapes décrites dans ce chapitre.
I . M A T E R IE L V E G E T A L ET PR E PA R A T IO N D E S E C H A N T IL L O N S
1.1. Matériel végétal
L'étude a été réalisée sur du bois de châtaignier (Castanea sativa Mill.). Cette essence est connue pour son aptitude à produire une couche gélatineuse dans les fibres de son bois de tension. Ce bois a un plan ligneux assez simple et ne possède que peu de parenchyme. Notamment, cette essence est pourvue de rayons ligneux unisériés. Ainsi, l'effet des rayons ligneux n'a pas été étudié et leur influence dans la contribution aux propriétés a pu être négligée.
Le châtaignier est un bon modèle de bois à zone initiale poreuse et présente l'avantage d'une bonne rectitude de fil. Il a été choisi dans la continuité des travaux de l'équipe qui s'intéresse à cette essence depuis ses débuts. Ce travail renforce une base de données sur ce bois en apportant notamment des mesures plus locales.
M esures de D RLM el prélèvem ents
sur le terrain
Trou
C hoix des billons en fonction des valeurs de D R L M (8 niveaux de DRLM ) D ébits des ® placages p ar scie à ruban (3 placages par trou de D RLM ) Essai de traction sur éprouvette saturée <v R = 1 mm T = 5mm L = 70 mm rV y__ Trou d e . DRLM ’ 8 x 3 x 4 = 96 éprouvettes O P ositionnem ent des 4 éprouvettes p ar plaquage par rap p o rt au trou d e m e su re de D RLM E m p lacem en t pour les m âc h o ire s d’étau
d u m icrotom e C oupes an atom iques aux extrém ités
M esure de m asse et volum e E prouvette de m e su re de retrait, densité et PSF M esure dim ensionnelle p a r contact Répété pour 4 humidités .jde saturé à ^anhydre
E ssai de traction sur éprouvette sèche à l'air
Stabilisation à l'air M esure dim ensionnelle p ar im age scannée <•7-/ An a l y s ed h sr é s u l t a t s
D R L M - d e n sité - retra it - P S F - m o d u le s a tu ré et sec - p o u rc en tag e de fib res av e c et sa n s c o u c h e G Mo d é l i s a t i o n d eq u e l q u e sp r o p r i é t é s
1. M atériel végétal et préparation des échantillons
11. M esure de propriétés m acroscopiques
III. P aram ètres de m icrostructure
V. A nalyse et discussion
1.2. Prélèvements
Les échantillons de châtaignier sont issus de deux brins de taillis de souche différentes prélevés dans une forêt au dessus du Vigan dans le sud de la France (propriété de Monsieur Guibal). Dans un premier temps, trois arbres d'une quinzaine de centimètres de diamètre ont été choisi a priori d'après leur forte courbure ou leur inclinaison prononcée en vue de récolter des éprouvettes contenant du bois de tension. Sur ces arbres, des mesures de DRLM (voir méthode §1 1.1) ont été réalisées pour plusieurs hauteurs sur les faces supérieures et inférieures (figure9).
figure9 : Points de mesure et valeurs (en jim) des DRLM mesurées en fonction de la hauteur, de la courbure et de l'inclinaison des arbres pour le prélèvement en châtaignier.
Les valeurs faibles de DRLM trouvées dans l'arbre 1 font penser, vu sa forme, que sa croissance est faible. Seuls les arbres 2 et 3 seront donc échantillonnés en choisissant 8 zones couvrant la plus large gamme de valeurs de DRLM (valeurs soulignées sur la figure9).
1.3. Dimensionnement des éprouvettes et usinages
Le dimensionnement des éprouvettes (1 x 5 x 50 à 75 mm3) a été optimisé pour permettre des mesures aussi locales que possible tout en restant dans des dimensions autorisant les mesures des propriétés physiques et mécaniques dans la direction axiale, sans mise au point d'outils spécifiques, sur un nombre important d'échantillons.
Les déformations de retrait de séchage étant de l'ordre de quelques pour mille dans le bois normal à quelques pour cent dans le bois de tension (Clarke 1937 ; Chow 1946), les éprouvettes doivent être suffisamment longues pour que les déformations soient mesurables (une éprouvette de 50 mm suivant L permet de prévoir des déformations de 5 à quelques dizaines de microns).
Le bois étant composé en grande majorité de cellules dont le rapport longueur (dans la direction L) sur diamètre (plan RT) est grand, cette grande dimension dans la direction L n'accroît que très faiblement l'hétérogénéité des tissus qui composent l'éprouvette.
Ces éprouvettes "petites" permettent une mesure locale des propriétés. La mesure de DRLM étant une mesure macroscopique, il semble important d'avoir un nombre élevé d'échantillons autour de chaque point de mesure de DRLM pour estimer la variabilité des propriétés et des
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tissus autour de ces points de mesure. En contrepartie, seulement quelques zones peuvent être examinées.
Les débits sont réalisés au moyen d'une scie à ruban équipée d'un guide motorisé. Ce dispositif permet l'obtention de placages sciés de 1 à 1,5 mm d'épaisseur. Trois placages successifs sont réalisés à proximité de chaque point de mesure. Ces placages sont respectivement approximativement à 1, 3 et 5 mm de profondeur radiale depuis l'écorce. Ce protocole d'usinage a été préféré au placage par déroulage employé plus couramment pour ce type d'échantillons (Baillères 1994 ; Sassus 1998), car le processus de déroulage génère inévitablement des fissurations dans la direction radiale-tangentielle (Thibaut 1988). Ces fissurations représentent un à deux tiers de la section (figure 1 0) sur un placage de 1 mm (observation personnelle sur les éprouvettes de hêtre ayant servi aux travaux de François Sassus (Sassus 1998)).
Ces fissures posent de réelles difficultés lors des coupes anatomiques et gênent considérablement l'observation des structures par analyse d'image. Enfin, bien que ces fissures se propagent dans la direction RT, on peut se demander si l'absence de cohésion entre les cellules le long de ces fissures n'affecte pas les propriétés de retrait et de rigidité mesurées.
Sur ces placages, 4 éprouvettes de 5 x 70 mm2 sont usinées sur une mini-scie circulaire. Dans un premier temps, une première découpe est réalisée dans la direction longitudinale par fendage. Ceci permet d'assurer un prélèvement dans la direction des fibres. La surface fendue est ensuite rectifiée par sciage et le parallélisme avec la face opposée est assuré par guidage en appui plan sur une glissière latérale (figure 1 1).
fig u r e ll : débit des éprouvettes sur la mini-scie circulaire
De leur prélèvement en forêt à la fin des usinages, les échantillons sont maintenus dans l'eau. L'échantillonnage est ainsi constitué de 96 éprouvettes de châtaignier réparties autour de 8
valeurs connues de DRLM.
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-F issurations
flgurelO : schématisation des fissurations sur une section d'un placage déroulé.
II. M e s u r e d e p r o p r i é t é s m a c r o s c o p i q u e s