Préambule
La filière "forêt-bois" fait office de filière industrielle d’avenir dans le domaine de la construction, car étant au centre de la résolution des problèmes environnementaux et écolo-giques dans notre société. En effet, en comparaison aux matériaux tels que le béton et l’acier (par exemple), considérés comme lourds et présentant une résistance aux variations des condi-tions environnementales plus forte, le bois présente des coûts de production, d’exploitation et de recyclage plus avantageux. De plus le bois, contrairement à ces autres matériaux pourtant encore largement utilisés dans le domaine de la construction, est capable de fixer certains gaz à effet de serre comme le CO2 que l’homme émet en quantité importante à cause de son activité. Aussi, le bois apparaît comme une ressource abondante et inépuisable dans la mesure où les politiques règlementant son exploitation et sa transformation sont assez bien élaborées.
Cependant, l’utilisation du bois par les industriels, dans le domaine de la construction, ne présente pas que des avantages. Le comportement mécanique de ce matériau en structure est considéré comme complexe à appréhender, à cause notamment de son caractère hétérogène, anisotrope mais surtout de ses propriétés physiques qui varient en fonction des conditions dans lesquelles il se trouve. Ces propriétés intrinsèques qui complexifient la prédiction de son comportement mécanique, sous différentes sollicitations (environnementales et mécaniques), limitent son utilisation dans le domaine de la construction pour les ingénieurs. Dans l’optique de pallier à cette difficulté et surtout en vue de faciliter son utilisation, plusieurs études sont menées en vue de briser l’ensemble des verrous auxquelles la communauté scientifique du domaine est confrontée.
Problématique et objectifs de la thèse
Le bois est un matériau dont les propriétés d’hétérogénéité, d’anisotropie confèrent un comportement aléatoire et donc difficile à appréhender. Ce matériau, lorsqu’il est confronté à un environnement agressif, telles que les variations des conditions climatiques extrêmes
(changement de température ou de l’humidité de l’air du milieu dans lequel il se trouve), couplés aux chargements mécaniques, subit des variations dimensionnelles qui peuvent en-trainer des initiations et des propagations de fissures. La présence de ces fissures, impacte considérablement sa durée de vie en accélérant, notamment sa ruine totale en service. En 2013, en vue d’améliorer les connaissances sur le matériau bois confronté à des tels effets, le projet ANR Jeunes Chercheuses Jeunes Chercheurs (JCJC) CLIMBOIS intitulé : « impact des variations climatiques et mécaniques sur la durabilité des constructions bois » a été mis en place par Moutou Pitti (Institut Pascal, UCA) [22] en collaboration avec les universités de Brest (LBMS), de Nantes (GEM), de Limoges (GEMH) et de INSA Rouen (LOFMS). Cette thèse s’inscrit dans le cadre de ce projet de recherche.
L’objectif principal de cette thèse est de mettre en évidence l’impact couplé des variations des conditions climatiques, de l’intensité du chargement, de l’initiation et de la propagation des fissures sur la durée de vie en structure des poutres de bois. Il s’articule essentiellement sur la valorisation des espèces tempérées du Massif Central et des espèces tropicales de la région du Bassin du Congo (Gabon). Le travail consistera en premier, sur la base d’un dis-positif expérimental spécifique monté en ambiance climatique variable, à suivre l’évolution de la déformation dans le temps de poutres chargées en flexion 4-points (essais de fluages) en fonction des paramètres climatiques (humidité relative, humidité interne et température) et de fissuration (initiation et propagation des fissures). Puis de développer un modèle ana-lytique simplifié tiré des hypothèses classiques de la théorie des poutres (de Timoshenko), afin d’interpréter l’évolution dans le temps de la flèche d’une poutre en ambiance climatique variable.
Structure de la thèse
Cette thèse s’articule autours de quatre chapitres distincts : — Chapitre 1
Dans ce chapitre, une étude bibliographique globale est menée sur le matériau bois. Une présentation non exhaustive de ce matériau, sur le plan microscopique et macroscopique est d’abord effectuée. Puis l’impact des variations des conditions environnementales sur les propriétés intrinsèques du bois est rappelé. En fin de ce chapitre, un état de l’art sur les mécanismes de rupture, notamment l’initiation et la propagation de la fissure, est aussi présenté.
— Chapitre 2
Ce chapitre est consacré à l’étude phénoménologique des essais de fluage en ambiance climatique variable. Il présente un dispositif expérimental original permettant le suivi
com-biné de la flèche des poutres entaillées de Douglas et de Sapin, chargées en flexion 4 points en extérieur et des paramètres de la fissuration (initiation, propagation et ouverture des fis-sures). L’analyse de l’ensemble des données issues de cette phase expérimentale a permis de pouvoir découpler les impacts spécifiques de chaque paramètre sur la durabilité des poutres en structure. Ces informations permettront de valider le modèle présenté au chapitre 3.
— Chapitre 3
Le chapitre 3 présente le modèle analytique de l’évolution de la flèche d’une poutre en-taillée, chargée en fluage (flexion 4-points) en ambiance climatique variable. Ce modèle prend en compte les processus de fissuration, grâce à un niveau de propagation α de la fissure, cou-plé aux variations de l’humidité interne de la poutre entaillée. Ce modèle est tiré de la théorie classique des poutres de Timoshenko prenant en compte le cisaillement d’une poutre entaillée en flexion 4-points. La dernière partie de ce chapitre, s’appuie sur les données issues du cha-pitre 2 pour valider le modèle et prédire l’évolution de la complaisance d’une poutre entaillée en ambiance variable.
— Chapitre 4
Ce chapitre présente, sur la base des essais réalisés et les résultats obtenus sur les essences tempérées, une proposition du même type de protocole expérimental adapté aux conditions et aux espèces tropicales, l’un des objectifs de cette thèse étant, à terme, de pouvoir re-produire ces essais au Gabon (en ambiance tropicale) sur des essences tropicales d’origine gabonaise. Au début de ce chapitre, une présentation de l’environnement climatique gabonais est d’abord effectuée, puis sur la base d’une caractérisation mécanique des échantillons des espèces tropicales choisies, un dimensionnement est effectué. Ce dimensionnement permet-tra, pour la prochaine phase expérimentale, de calibrer le dispositif des essais de fluage. Dans l’optique de prendre en compte la fissuration, une proposition de l’expression du taux de restitution d’énergie (G) de la propagation d’une fissure est proposée.