BENSALEM Mohamed1, MINDEGUIA Jean-Christophe1, SOMMIER Alain1, PRADERE Christophe1
1Université de Bordeaux, UMR CNRS 5295 – I2M, Talence, France.
mohamed.bensalem@u-bordeaux.fr Mots clefs : Bois, coefficient d’absorption, teneur en eau, terahertz. Résumé
Les transferts hydriques durant le séchage de produits structuraux à base bois collés à l’état vert engendrent des sollicitations mécaniques dans le bois lui-même ; et surtout au niveau des interfaces de collage. Des fissures dans le bois et la délamination des interfaces de collage peuvent donc être observées, compromettant la mise sur le marché du produit.
Dans ce sens-là, Clouet et al (2014) a identifié les paramètres ayant une influence sur les sollicitations hydromécaniques induites par le séchage. Il a étudié le comportement hydromécanique de bilames collés par mesure de déplacements et déformations au cours d’un séchage en utilisant la technique de corrélation d’images numériques. Un modèle (éléments finis) de séchage par diffusion de vapeur d’eau couplé à un modèle élastique orthotrope a été développé afin de modéliser le comportement hydromécanique des éprouvettes. L’absence de mesure du champ d’humidité dans les échantillons en cours de séchage ne permet toutefois pas une validation complète du modèle numérique.
Plusieurs techniques ont été utilisées pour mesurer la teneur en eau dans les matériaux poreux, telles que les rayons X, Zillig (2009) ou par imagerie neutronique (IN), Sedighi-Gilani (2012). Ces techniques peuvent s’avérer dangereuses (rayons X) ou très coûteuses (IN).
Une technique d’imagerie Térahertz (figure 1), moins coûteuse et sans danger pour l’opérateur est développée. Elle est basée sur l’exploitation de l’intensité des signaux transmis à travers des échantillons de bois lors d’une phase de séchage ou d’humidification.
Figure 1 : Banc à spectroscopie térahertz avec échantillon de bois.
Cette technique permet de mesurer les coefficients d’absorption de matériaux poreux (bois) et valider expérimentalement la relation théorique qui relie ces coefficients avec la teneur en eau. Un modèle théorique a été développé, permettant d’obtenir le coefficient d’absorption et la masse volumique de l’échantillon du bois sec (pin maritime dans cette étude).
À partir de ce modèle, et selon le coefficient d’atténuation de l’échantillon et de l’eau, la teneur en eau moyenne de l’échantillon de bois peut être estimée. Afin de valider expérimentalement
confinés à différentes humidités relatives ou activités d’eau AW (0, 33, 75, 87 et 93%). La figure 2 représente l’absorbance moyenne mesurée en fonction de la teneur en eau mesurée de l’échantillon, ainsi qu’une courbe de corrélation linéaire.
Les mesures expérimentales semblent confirmer les prédictions du modèle théorique, à savoir une relation linéaire entre l’absorbance du matériau au rayonnement térahertz et la teneur en eau moyenne du matériau traversé.
Figure 1: Relation expérimentale entre l’absorbance de l’échantillon de pin maritime et sa teneur en eau mesurée.
Sur la figure 2, l’ordonnée d’origine correspond au coefficient d’atténuation du bois sec, estimé ici à
150 m-1.
D’après la figure 2, la pente est estimée à 3831 m-1 ce qui permet de calculer la masse volumique du pin maritime en connaissant le coefficient d’atténuation de l’eau (10000 m-1) et sa masse volumique (1000 kg.m-3). La masse volumique déterminée est ainsi de 383 kg.m-3, ce qui semble cohérant pour du pin maritime.
Cette étude préliminaire montre que la technique THz peut être un outil efficace de mesure, in-situ et sans contact de la teneur en eau de matériaux poreux en connaissant la masse volumique et le coefficient d’absorption du matériau sec. Alternativement, la technique permet de mesurer la masse volumique du matériau sec, sous réserve de connaitre sa teneur en eau lors de l’essai. La future étape de ce travail consistera à mesurer le champ de teneur en eau dans un échantillon en cours de séchage, nous permettant de déterminer les coefficients de diffusion massique du bois, idéalement dans ses différentes directions d’anisotropie.
Références
B. Clouet, R. Pommier et M. Danis. (2014) New composite timbers: full-field analysis of adhesive behavior, the Journal of Strain Analysis for Engineering Design, vol. 49, p. 155–160. Marjan Sedighi-Gilani, Michele Griffa, David Mannes, Eberhard Lehmann, Jan Carmeliet, Dominique Derome. (2012) Visualization and quantfication of liquid water transport in softwood by means of neutron radiography, International Journal of Heat and Mass Transfer, 55 6211-6221.
GénoBois, plateforme de phénotypage
LEPOITTEVIN Camille1, CHARPENTIER Jean-Paul2 1BIOGECO, INRA, Univ. Bordeaux, 33615 Pessac, France2UR0588 AGPF, INRA, 45075 Orléans, France
camille.lepoittevin@pierroton.inra.fr
Mots clefs : cavitation, chimie, dendrochronologie, génétique, histologie, microdensitométrie,
phénotypage, spectrométrie proche infrarouge
Enjeux scientifiques
Le Plateau Technique GénoBois constitue un outil de phénotypage pour progresser dans l’analyse de grandes problématiques d’avenir concernant les arbres et la forêt :
influence de l’amélioration génétique sur la productivité des arbres et la qualité du bois ; influence des changements globaux sur le fonctionnement et les caractéristiques des arbres.
Objectifs du plateau
Fournir à la recherche et à l'industrie un plateau commun pour caractériser le bois et comprendre les processus biologiques et écologiques impliqués dans l'élaboration de ce tissu.
Comprendre les déterminants environnementaux et génétiques de la variabilité du bois des forêts de plantation comme des forêts naturelles.
Fournir des outils de phénotypage pour identifier de nouveaux génotypes performants pour la sylviculture.
GénoBois répond aux besoins suscités par les travaux de génétique quantitative, d’amélioration génétique des arbres forestiers, d’écophysiologie, d’anatomie, de biochimie et de dendrochronologie.
Ce plateau offre un potentiel de mesures, d’analyses et de caractérisation des propriétés physico-chimiques du bois à moyen débit et dans les conditions de précision et qualité requises par la communauté scientifique. Ces moyens sont mis à disposition des recherches INRA et externes à l’Institut pour favoriser les synergies. GénoBois offre des possibilités d’accueil encadré de chercheurs (par exemple au travers de projets européens tels que le Transnational Access T4F).
Le plateau est organisé en réseau associant plusieurs laboratoires ou ateliers, situés à l’INRA Orléans, l’INRA Bordeaux-Pierroton et l’Université de Bordeaux.
Techniques et équipements disponibles sur le plateau
Histologie
Le laboratoire d'histologie du plateau GénoBois réalise des analyses sur l'anatomie du bois et de ses tissus. Préparation des échantillons (prélèvement et fixation aldéhydique, inclusion en paraffine et en résines), réalisation des coupes sur matériel frais ou inclus (au microtome), congelé (au cryostat) et des coupes semi-fines ou ultra-fines (à l'ultra-microtome), et leur traitement (coloration, localisation par immunomarquage) : le laboratoire est alors capable via microscopie photonique et microscopie confocale d'analyser et d'interpréter les images conçues afin d'effectuer des caractérisations anatomiques.
(découpe, broyage), extractions, dosages et chromatographies en phase liquide à haute performance. Ces analyses sont possibles pour les polymères du bois (lignines, cellulose), les extractibles (polyphénols) mais aussi pour les sucres solubles, les protéines et les ARN. L’établissement de modèles de calibration et prédiction en Spectrométrie Proche Infra Rouge (SPIR) est également un outil d’évaluation indirecte de la composition chimique du bois disponible sur le plateau (permet des mesures moyen à haut débit). Un spectromètre proche infrarouge équipé pour l'imagerie haute résolution est également disponible.
Microdensitométrie
Les ateliers GénoBois permettent la préparation spécifique des échantillons (découpe, préparation de planchettes), la radiographie aux rayons X puis l'analyse d'image permettant d'estimer très précisément la densité du bois inter-cernes et intra-cernes. Un nouvel équipement unique en France est en développement pour permettre l’obtention de profils microdensitométriques sans faire appel aux rayons X, avec une technique basée sur la conduction électrique haute fréquence.
Menuiserie, broyage à haut débit
Les ateliers GénoBois sont aussi des lieux qui permettent des travaux de découpe du bois et de menuiserie, principalement utiles à la préparation des échantillons en amont des analyses microdensitométriques ou chimiques. Le broyage haut débit et la distribution de poudre de bois dans des contenants de stockage, de SPIR ou de chimie est assuré par des robots construits sur mesure pour le plateau, qui sont capables de broyer une centaine d'échantillons en 24 heures de manière automatisée.
Résistance à la sécheresse, cavitation
Le CaviPlace de GénoBois permet d'observer la résistance à la sécheresse des plantes. Différentes études ou observations y sont réalisables : caractérisation de courbes de vulnérabilité à la sécheresse (Cavitron, chambre à cavitation, XYLE’M), mesure de l’embolie native de tige via le XYLE’M, suivi de potentiel hydrique.