PAMBOU NZIENGUI Claude Feldman1,2,3, MOUTOU PITTI Rostand2, 3,4, FOURNELY Eric2, 3, GODI Gaèl2, 3, ANGELLIER Nicolas5, FARGEIX Philippe2,
CHANAL Dannyl2, 3, IKOGOU Samuel1, DUBOIS Frédéric5 1Ecole Nationale des Eaux et Forêts (ENEF), Libreville, Gabon. 2 Université Clermont Auvergne (UBP-IP), Clermont-Ferrand, France.
3CNRS, UMR 6602, 1, Aubière, France. 4CENAREST, IRT, Libreville, Gabon. 5Université de Limoges (GEMH), Egletons, France
claude_feldman.pambou_nziengui@étudiant.univ-bpclermont.fr Mots clefs : Fissuration du bois, Douglas, variations climatiques, essai de fluage Contexte et objectifs
Le Douglas est l’une des essences les plus utilisées en France et notamment dans le Limousin et l’Auvergne. L'utilisation de cette essence en environnement extérieur plus ou moins protégé constitue un débouché important. Cependant, en présence de variations d’humidité et de température additionnées aux charges de longue durée, son comportement mécanique se retrouve fortement modifié complexifiant ainsi sa mise en œuvre ce qui peut éventuellement hypothéquer la durée de vie en service des structures.
L’un des objectifs poursuivis par le projet ANR JCJC CLIMBOIS est d’étudier le comportement mécanique des poutres de bois fissurées en Sapin Blanc et en Douglas sous l’action combinée des variations climatiques (humidité, température), des charges de longue durée (fluage…) et des défauts initiaux (fissures, nœuds, orientation des cernes de croissance…). Les essais présentés ici sont actuellement réalisés dans un espace extérieur spécialement aménagé au hall Génie Civil de Polytech Clermont-Ferrand.
Matériel et Méthodes
Les matériaux utilisés pour cette étude sont des poutres entaillées de Douglas (Fig. 1), dimensionnées selon l’EUROCODE 5. Au préalable, les poutres livrées par la scierie du Forez via l’association interprofessionnelle Auvergne Promobois, ont été testées en environnement intérieur en flexion 4 points. Les forces maximales donnant les caractéristiques mécaniques de chaque poutre (Pambou et al. 2016) ont été obtenus. Ces essais ont permis une classification des poutres allant de la moins rigide à la plus rigide et de sélectionner les poutres qui vont être chargées en extérieur (Pambou et al. 2016). Afin d’assurer un temps (1 an) de chargement en extérieur, couplé aux défauts des poutres et des variations climatiques. Un critère de sélection des poutres à tester a été mis en place, pour avoir l’impact de ces principaux défauts à long terme sur la structure des poutres. Après le chargement, un suivi quotidien de l’évolution de l’ouverture et de la progression de la fissure est effectué.
Résultats
Nous présentons les résultats des 12 premiers jours d’enregistrement des données après chargement de la poutre. La figure 2 présente l’évolution de l’ouverture (fermeture) d’une fissure, apparue d’un côté lors du chargement mécanique, en fonction de l’évolution des paramètres climatiques (Humidité relative HR et température T du milieu). La figure 3 présente l’évolution de la pointe de la fissure de la même fissure en fonction de l’évolution de HR et T. Ces courbes montrent un impact certain des conditions climatiques sur l’endommagement de la poutre de Douglas. En effet, entre les heures 144 et 192, séchage le plus fort (couplé à une forte hausse de T), on constate une forte corrélation entrainant une nette propagation de la fissure (Fig. 3).
Fig. 2 : Evolution de l’ouverture de la fissure en fonction de HR et T
Fig. 3 : Evolution de la pointe de la fissure en fonction de HR et T
Conclusion et Perspectives
Les résultats présentés ici mettent en exergue l’influence qu’ont les conditions de variations climatiques sur la durabilité des structures en bois, notamment des poutres de Douglas testées. Sur cette étude seule l’évolution de la fissure a été prise en compte ; néanmoins le prochain dépouillement des données issues des essais en cours, nous permettrons de coupler l’effet des conditions climatiques (HR, T), des défauts du bois (fissures, nœuds, orientation des cernes, …) et du chargement (fluage) sur la durabilité de ces poutres. Enfin, d’autres essais de mêmes types seront effectués sur les poutres entaillées de Sapin Blanc et permettront de connaitre l’impact des conditions climatiques sur la durabilité de cette essence du Massif Central.
Remerciements
Les auteurs remercient l’ANR pour le financement du projet ANR JCJC CLIMBOIS N° 13-JS09-0003-01, le pôle de compétitivité ViaMéca pour sa labélisation, le laboratoire de Météorologie Physique de l’OPGC pour la transmission des données climatiques, ainsi que la Scierie du Forez via l’association Auvergne Promobois pour la fourniture des essences testées.
Références
Moutou Pitti R., et al. (2015). Essais de fissuration des poutres en environnements extérieurs variables sous charges de longues durée : objectifs et conception. 4ièmes journées du GDR 35544 « Sciences du bois » - Clermont-Ferrand, 4-6 novembre 2015
Pambou Nziengui C.F., Moutou Pitti R., Fournelly E., Godi G., Dubois F. (2016) Mechanical characterization of European species: Picea-Alba mill and Douglas-fir. SEMC 2016, Cap-town, September 2016.
RobEcolo : Conception et commande d’un robot industriel en bois
BOUDAUD Clément1, KACI Lila2, BRIOT Sébastien, MARTINET Philippe21 LIMBHA, Ecole Supérieure du Bois
2 Institut de Recherche en Communication et Cybernétique de Nantes (IRCCyN), UMR CNRS 6597, Ecole Centrale de Nantes
clement.boudaud@ecoledubois.fr
Mots clefs : Robotique, Bois, Conception robuste, Modèle de comportement mécanique Contexte
Il est méconnu que l’utilisation des robots (sans même considérer le procédé industriel pour lequel ils seront utilisés) impacte considérablement l’environnement. On estime l’impact pour la réalisation (seulement) du stock mondial de robots industriels (1 500 000 unités, 180 000 unités vendues par an avec 12% d’augmentation annuelle), en termes de rejet de gaz à effet de serre, à 11 millions de tonnes en équivalent CO2 rejetées dans l’atmosphère [1]. Le projet RobEcolo, financé pour 3 ans par la région Pays de la Loire, se focalise sur la réduction de cet impact environnemental par l’utilisation de matériaux bio-sourcés, et de bois dans un premier temps. Peu d’études existent sur ce type de sujet, on peut par exemple citer [2], qui montre qu’il est possible d’avoir des propriétés mécaniques intéressantes pour le robot en bois, mais qui ne mentionne pas comment réussir à créer de manière certifiée un robot fiable, raide, vibrant peu et précis avec des éléments en bois.
Objectifs
L’objectif du projet RobEcolo est de montrer qu’il est possible de réduire considérablement l’impact environnemental des robots industriels en remplaçant la grande majorité des matériaux métalliques / composites de carbone utilisés dans leur conception par des matériaux
bio-sourcés à faible impact écologique, en garantissant toujours la fiabilité du robot en
termes de durée de vie et de performances mécaniques, même si ces matériaux, que ce soient le bois, les composites à base de lin ou de chanvre, etc., ont pour caractéristiques :
• une forte variation de leurs dimensions en fonction de l’hygrométrie
• une variabilité de leurs performances mécaniques relativement importante
L’objectif espéré est de pouvoir démontrer qu’il est possible de concevoir un robot industriel en bois qui a des performances équivalentes à celles des robots actuels en termes de raideur et de précision, ce qui se traduit par une répétabilité inférieure à 0,5 mm et une déformation sous charge de 1 kg inférieure à 0,5 mm.
Méthodologie
La méthode de travail prévue va au-delà du « simple » remplacement de pièces métalliques ou composites par des éléments en bois pour évaluer la performance du robot. Il s’agit de combiner les domaines de la robotique et du bois pour développer des algorithmes de conception robuste qui vont prendre en compte la variabilité des performances du bois et qui permettront de définir des architectures de robots pour lesquelles l’impact de la variabilité sera minimal. L’utilisation
seront pris en compte dès la phase de conception afin de définir des algorithmes de conception basés commande. Les résultats théoriques seront validés sur un prototype de robot bois créé lors du projet.
Avancement
La première année du projet a surtout été marquée par les travaux sur la conception de robots utilisant des capteurs externes. Le travail sur les modèles bois a commencé plus récemment. La figure 1 montre le type de robot parallèle 2D étudié. La longueur des bras du robot sera de l’ordre de 30 à 40 cm en fonction des résultats des algorithmes de conception.
Fig. 1 : Robot plan 2D qui sert de base à
l’étude
Fig. 2 : Légende figure 3
Pour fournir aux algorithmes de conception les données nécessaires sur la rigidité (et sa variabilité) des bois, il a été choisi de travailler dans un premier temps sur du bois acétylé. En effet, si l’acétylation impacte peu les aspects mécaniques, elle limite beaucoup les phénomènes de retraits/gonflements. Cela est important dans le cadre du robot car la précision visée est faible, ainsi même une variation dimensionnelle longitudinale des bras limitée pourrait être une difficulté, mais aussi les variations dimensionnelles transversales pourraient poser des problèmes de reconnaissance des formes pour les capteurs extéroceptifs.
Comme le montre la figure 2, les travaux en cours consistent à caractériser expérimentalement la variabilité de la rigidité pour des pièces dont les dimensions correspondent à celles d’un bras de robot et pour finalement deux essences de bois acétylé, le pin radiata et le hêtre.
Les premiers modèles élasto-statiques de robots (théorie des poutres simple) vont permettre d’étudier la propagation d’incertitudes, vis-à-vis surtout de la rigidité et de la position du robot. La construction d’un prototype débutera bientôt pour valider les modèles, à la fois l’élasto-statique (calcul de déformation) et l’élasto-dynamique (calcul des fréquences propres).
Remerciements
Le projet RobEcolo est financé par la région des Pays de la Loire (Convention 2015-10773). Les auteurs remercient aussi la société Accsys Technologies pour avoir fourni le bois acétylé.
Références
[1] Etude disponible sur http://www.irccyn.ec-nantes.fr/~briot/Project_Review.html [2] Laurent T. et al., (2010) Eco-conception : Vers un robot en bois, Technologie, 168. Site web du projet : http://robecolo.irccyn.ec-nantes.fr/