Brevet FR2972262A1 — publié le 20120907

Procédé et Machine de mesure des cernes d'une pièce de bois La présente invention concerne un procédé et une machine de mesure de cernes d'une pièce de bois, notamment de cernes de merrains destinés à la tonnellerie. Il est connu que l'élevage en fût de chêne a des effets sur le vin, notamment un transfert lent d'oxygène, un apport de composés non volatils et de composés volatils, une évaporation de certains composés du bois et une adsorption de composés du vin sur le bois. L'origine du merrain constituant la barrique, la méthode de séchage du merrain, le savoir faire du tonnelier ayant fabriqué la barrique, l'âge de la barrique et la durée de l'élevage, notamment, vont influer sur l'apport aromatique de la barrique. Le grain est alors un paramètre important pour le tonnelier car la taille du grain combinée au type de chauffe détermine le profil aromatique de la barrique et la durée d'élevage du vin. A titre illustratif, plus le grain est fin, plus la teneur en composés aromatiques de type whisky-lactone des merrains est importante et plus celle en tanin diminue. En conséquence, les merrains sont essentiellement triés en fonction de la grosseur de leur grain, un critère pratique car il autorise un comptage visuel par un opérateur. Il peut en résulter, toutefois, des erreurs de tri et des lourdeurs de charge de travail. De plus, ce critère devient inapproprié lorsque les mesures doivent être réalisées sur un plus grand nombre d'échantillons avec une précision suffisante. Il est connu, par ailleurs, de mesurer la largeur de cerne ou de comptabiliser les cernes dans différents domaines scientifiques comme la dendrométrie ou la dendrochronologie. Des méthodes spécifiques de mesure du bois ont été développées dans ces domaines scientifiques. On pourra citer parmi celles-ci, celle mettant en oeuvre un scanner ou une caméra optique. Typiquement, selon cette méthode, un échantillon de bois est préalablement préparé pour présenter un état de surface suffisamment propre. Il est ensuite scanné avec un scanner optique à plat ou une caméra optique telle qu'une caméra CCD. Une image de l'échantillon ainsi scanné est obtenue dans les longueurs d'ondes du visible pour un traitement numérique ultérieur. Cette méthode de mesure est bien adaptée aux bois ayant des changements de coloration entre chaque cerne annuelle. Toutefois, le bois de feuillus ne présente pas toujours de tels changements de coloration, et en conséquence, cette méthode n'est pas applicable à la mesure des cernes des merrains en chêne en conditions industrielles. On connaît également une méthode de mesure du bois par radiographie. Selon cette méthode, on prépare des échantillons sous forme de barrettes ayant une épaisseur donnée, puis on radiographie les échantillons. La radiographie met alors en évidence les différences de densité du bois. Elle peut être calibrée à l'aide de tares de densité. Cette méthode de mesure est plus lourde à mettre en oeuvre mais permet de mesurer une plus grande diversité de type de bois avec une grande précision. Elle est notamment utilisée pour faire des analyses microdensitométriques de cernes. On connaît encore une méthode de mesure du bois par tomographie, laquelle utilise des scanners comparables aux scanners médicaux. Cette méthode de mesure permet d'obtenir des images de coupe de grande précision sur des grumes entières sans avoir à les billonner. Elle donne également des images de coupes précises qui permettent d'identifier des zones de densité différentes comme les noeuds ou les cernes. Cette technique de mesure nécessite, toutefois, du matériel très coûteux. De plus, elle est assez lente et son application industrielle est encore trop complexe et couteuse même s'il existe des prototypes qui permettent d'optimiser le débit des grumes. Du point de vue industriel, où les conditions sont très éloignées des conditions idéales du laboratoire, les bois mesurés ont souvent un état de surface moins propre, parfois sale. Les outils d'acquisition doivent être robustes, rapides et peu couteux, souvent au détriment de capteurs de haute précision. Il faut prendre en compte des images souvent de moins bonne qualité, bruitées ou avec une définition moins importante pour le traitement d'image. Il existe donc un besoin pressant pour un dispositif permettant de mesurer automatiquement les largeurs de cernes des merrains afin de déterminer la distribution des largeurs de cernes des lots de bois avant leur mise sur le parc à merrain en vue de leur séchage, ou encore pour le tri avant la fabrication des barriques. Les valeurs de largeur de cernes ainsi mesurées seront un critère supplémentaire dans le choix des merrains pour la fabrication de barriques de qualité. L'objectif de la présente invention est donc de proposer un procédé et une machine de mesure qui soient simple dans leur conception et dans leur mode opératoire, rapides et économiques, permettant de mesurer avec une précision suffisante les cernes d'une pièce de bois. A cet effet, l'invention concerne un procédé de mesure des cernes d'une pièce de bois, ladite pièce de bois comprenant une face plane ou sensiblement plane. Selon l'invention, on réalise les étapes suivantes : a) on chauffe ladite face plane ou sensiblement plane, b) on mesure avec au moins un moyen de détection thermique ayant une zone de détection thermique, la quantité d'énergie émise par rayonnement infrarouge par ladite face ainsi chauffée dans ladite zone de détection pour obtenir une cartographie thermique de la face de la pièce de bois à mesurer au moins dans cette zone, c) on détermine à partir de ladite cartographie, au moins un des paramètres suivants : le nombre de cernes par unité de longueur, la distribution de largeur de cernes, la largeur de cerne moyenne et l'inclinaison des cernes. Ce procédé de mesure est avantageusement non destructif et peut être mis en oeuvre pour mesurer des bois ayant des états de surface et une humidité quelconque et une propreté imparfaite. Ce procédé de mesure par thermographie infrarouge est également sensible aux différences de densité, de capacité calorifique et de conductivité thermique, à l'intérieur des cernes, ce qui autorise l'obtention d'informations supplémentaires difficilement accessibles avec les techniques de mesure de l'art antérieur. On entend par "face sensiblement plane" que cette face présente un relief de surface comprenant des sommets et des creux placés de part et d'autre d'un plan moyen contenant ladite face, lesdits sommets et lesdits creux étant placés à moins de 0,5 mm de ce plan moyen. Ces reliefs à la surface de la pièce de bois peuvent, à titre illustratif, résulter de marques de coupe, ou traces de sciage, lors de la formation de la face plane ou sensiblement plane. On entend par "cartographie thermique", une représentation des différences de températures AT de la face plane ou sensiblement plane de la pièce de bois sur un intervalle de temps AT. De préférence, l'étape b) comporte une première étape de mesures dans la zone de détection dudit au moins moyen de détection thermique et une seconde étape de génération d'une cartographie thermique dans cette zone de détection à partir de ces mesures. Les mesures réalisées à l'étape b) peuvent être entamées alors que l'étape a) de chauffe de la face plane ou sensiblement plane n'est pas encore achevée, voire débutée. Dans différents modes de réalisation particuliers de ce procédé de mesure, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - A l'étape a), on soumet la face plane ou sensiblement plane de ladite pièce de bois à un rayonnement thermique uniforme, ledit rayonnement étant émis par au moins une source de chaleur pendant une durée T, On entend par « rayonnement uniforme » que la variation de la température à la surface de la pièce de bois est inférieure ou égale à 10% dans au moins ladite zone de détection thermique que l'on mesure. De préférence, la durée T est inférieure à quelques secondes de manière à chauffer superficiellement la pièce de bois uniquement. On évite ainsi des perturbations de la mesure par le volume de la pièce de bois. - préalablement à l'étape a), on a découpé ladite pièce de bois avec un outil de coupe selon une direction transversale à ses fibres pour former ladite face plane ou sensiblement plane, C'est la face où les cernes sont les plus facilement visibles. - préalablement à l'étape c), on détermine l'axe d'orientation des cernes, On définit un axe parallèle ou sensiblement parallèle aux rayons ligneux du bois, cet axe reliant les cernes de sorte que deux cernes consécutifs présentent un écart le plus faible possible au niveau de cet axe. Cet axe est appelé "axe d'orientation des cernes". Cette détermination des caractéristiques des cernes (inclinaison, largeur moyenne, nombre de cernes, ...) peut être réalisée par une unité de calcul tel qu'un ordinateur. L'invention concerne également une machine pour la mise en oeuvre du procédé de mesure des cernes d'une pièce de bois tel que décrit précédemment. Selon l'invention, cette machine comprend : - un support pour supporter au moins une pièce de bois comprenant une face plane ou sensiblement plane, - au moins une source de chaleur pour chauffer ladite face, - au moins un moyen de détection thermique ayant une zone de détection thermique couvrant au moins en partie ladite face, - une unité de calcul. Dans différents modes de réalisation particuliers de cette machine, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - ladite au moins une source de chaleur est choisie dans le groupe comprenant une lampe infrarouge, une bande chauffante, une lampe flash. La lampe infrarouge est avantageusement une lampe à rayonnement isotrope ou une lampe comprenant un réflecteur assurant une répartition uniforme ou sensiblement uniforme de l'énergie émise par une source interne de rayonnement infrarouge. Cette machine peut également comprendre des moyens de pilotage de cette ou ces sources de chaleur pour commander l'intensité et la durée d'émission de ces sources. - ladite au moins une source de chaleur est mobile entre une position de repos où elle est placée en retrait de la zone de détection dudit moyen de détection thermique et une position de chauffe où elle est placée au dessus de ladite pièce de bois à mesurer pour chauffer sa face plane ou sensiblement plane, Ladite au moins une source de chaleur est alors avantageusement solidaire d'un moyen de déplacement de cette source de chaleur. A titre purement illustratif, ce moyen peut comprendre un bras télescopique. - ledit au moins un moyen de détection thermique comporte un émetteur sans fil pour transmettre les mesures réalisées par ledit moyen de détection à ladite unité de calcul, - ladite machine comprend des moyens de défilement comportant ledit support, Ces moyens de défilement peuvent comprendre un convoyeur ou encore un carrousel. Par exemple, ce carrousel qui est destiné à recevoir plusieurs pièces de bois, est mobile en rotation de manière à présenter chaque pièce de bois dans la ou les zones de détection du ou des moyens de détection thermique. Alternativement, l'ensemble comprenant ladite au moins une source de chaleur et ledit au moins un moyen de détection thermique, est mobile de manière à être déplacé entre différentes pièces de bois à mesurer. L'invention concerne encore l'utilisation du procédé de mesure de cernes d'une pièce de bois, tel que décrit précédemment pour le tri de lots de grumes ou de merrains. De préférence, ayant déterminé l'inclinaison des cernes de la face plane ou sensiblement plane de ladite pièce de bois, on rejette ladite pièce si cette inclinaison est supérieure à 50°, et encore mieux supérieure à 30°. En effet, au-delà de ces valeurs d'inclinaison, la pièce de bois peut présenter un défaut de porosité susceptible d'engendrer des fuites. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre de manière schématique une machine de mesure des cernes d'une pièce de bois ; - la figure 2 est image montrant la cartographie thermique d'une portion de la face transversale d'un merrain obtenue avec la machine de la Figure 1 ; - la figure 3 représente schématiquement la zone de détection du moyen de détection thermique à la surface de la face transversale du merrain de la Figure 2 ; - la figure 4 montre les différentes faces de coupe d'un merrain dans une bille de bois; La Figure 1 montre une machine pour la mesure non destructive des cernes d'une pièce de bois 1 ayant une surface plane ou sensiblement plane 2, telle qu'un merrain. Cette machine comprend un support (non représenté) destiné à recevoir ladite pièce de bois 1, ce support comportant des organes de calage (non représentés) pour placer cette pièce dans la zone de détection 3 d'une caméra infrarouge 4. La machine comprend également une source de chaleur 5 pour chauffer uniformément la face plane ou sensiblement plane 2 de cette pièce de bois 1. Cette source de chaleur 5 qui est ici une lampe infrarouge, est commandée par une unité de pilotage 6 pour chauffer la face plane ou sensiblement plane 2 de cette pièce de bois 1 pendant un temps T 1 s de manière à ne chauffer que superficiellement la pièce de bois. La caméra infrarouge 5 mesure alors la quantité d'énergie émise par rayonnement infrarouge par la face ainsi chauffée afin d'obtenir une cartographie thermique de celle-ci dans au moins la zone de détection 3 de la caméra. En effet, cette caméra infrarouge 5, ou la pièce de bois 1 elle-même, peut être déplacée pour mesurer d'autres zones de sa face plane ou sensiblement plane 2. L'image ainsi acquise est transférée au moyen d'un élément de liaison souple 7 tel qu'un câble à une unité de stockage 8. Une unité de calcul 9 permet alors de déterminer à partir de cette image, une ou plusieurs caractéristiques de la pièce de bois, telles que le nombre de cernes par unité de longueur, la distribution de largeur de cernes, la largeur de cerne moyenne et l'inclinaison des cernes. A titre purement illustratif, sur un transect de l'image, sont comptés le nombre de pics de densité intercalés de plages de faible densité. On obtient ainsi un nombre de cernes sur une longueur connue. Dans un mode de mise en oeuvre de la présente invention, la figure 2 montre une image représentant la cartographie thermique d'une portion de la face transversale d'un merrain de chêne de bois. Cette pièce de bois 1 a été mesurée sans traitement préalable de sa face plane 2. Les cernes 10 de bois sont clairement visibles montrant la sensibilité de la machine décrite plus haut en conditions industrielles. La figure 3 représente schématiquement la zone de détection 3 du moyen de détection thermique 4 à la surface de la face transversale du merrain de la Figure 2. La zone de détection 3 a ici une forme rectangulaire. L'axe d'orientation 11 des cernes de cette face transversale est représenté dans cette zone de détection 3 de manière à faire apparaître l'angle 12 formé entre cet axe d'orientation 11 des cernes et une longueur 13 de cette zone de détection 3 rectangulaire. Cet angle 12 est l'angle d'inclinaison des cernes. A titre purement illustratif, l'angle d'inclinaison maximal entraînant un rejet de la pièce de bois pour des applications en tonnellerie est de 50°, et encore mieux 30°. La machine comprend également des moyens pour mettre au rebus (non représentés) une pièce de bois 1 détectée comme étant non conforme par le procédé de l'invention. A titre illustratif, ces moyens comprennent un bras télescopique comportant à son extrémité mobile un organe de contact tel qu'une plaque, ledit organe étant destiné à entrer en contact avec ladite pièce de bois défectueuse pour assurer son déplacement lors du déploiement du bras télescopique. La figure 4 montre les différentes faces de coupe d'un merrain dans une bille de bois. On retrouve la coupe transversale, ou bois de bout, 13 ; la coupe radiale, ou bois sur maille, 14 ; et la coupe tangentielle, ou bois sur dosse 15. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure des cernes d'une pièce de bois, ladite pièce de bois comprenant une face plane ou sensiblement plane (2), caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : a) on chauffe ladite face plane ou sensiblement plane (2), b) on mesure avec au moins un moyen de détection thermique (4) ayant une zone de détection thermique (3), la quantité d'énergie émise par rayonnement infrarouge par ladite face ainsi chauffée dans ladite zone de détection pour obtenir une cartographie thermique de la face de la pièce de bois (1) à mesurer au moins dans cette zone, c) on détermine à partir de ladite cartographie, au moins un des paramètres suivants : le nombre de cernes par unité de longueur, la distribution de largeur de cernes, la largeur de cerne moyenne et l'inclinaison des cernes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape a), on soumet la face plane ou sensiblement plane (2) de ladite pièce de bois à un rayonnement thermique uniforme émis par au moins une source de chaleur (5) pendant une durée T. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite durée T est inférieure à quelques secondes de manière à chauffer superficiellement ladite pièce de bois (1). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que préalablement à l'étape a), on a découpé ladite pièce de bois (1) avec un outil de coupe selon une direction transversale (13) à ses fibres pour former ladite face plane ou sensiblement plane (2). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que préalablement à l'étape c), on détermine l'axe d'inclinaison desdits cernes. 6. Machine pour la mise en oeuvre du procédé de mesure des cernes d'une pièce de bois selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend : - un support pour supporter au moins une pièce de bois comprenant une face plane ou sensiblement plane (2), - au moins une source de chaleur (5) pour chauffer ladite face,- au moins un moyen de détection thermique (4) ayant une zone de détection thermique (3) couvrant au moins en partie ladite face, - une unité de calcul (9). 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite au 5 moins une source de chaleur (5) est choisie dans le groupe comprenant une lampe infrarouge, une bande chauffante et une lampe flash. 8. Machine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de défilement comportant ledit support. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, 10 caractérisée en ce que l'ensemble comprenant ladite au moins une source de chaleur (5) et ledit au moins un moyen de détection thermique (4), est mobile de manière à être déplacé entre différentes pièces de bois à mesurer. 10. Utilisation du procédé de mesure des cernes d'une pièce de bois (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour le tri de lots de 15 grumes ou de merrains. 11. Utilisation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'ayant déterminé l'inclinaison (12) des cernes de la face plane ou sensiblement plane (2) de ladite pièce de bois, on rejette ladite pièce de bois (1) si cette inclinaison est supérieure à 50°, et encore mieux supérieure à 30°.