# Comparaison du comportement en flexion du tronc de deux clones d'Hévéa

Engonga Edzang Arnauld, Joseph Gril, Rostand Moutou Pitti, Eric Badel

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Engonga Edzang Arnauld, Joseph Gril, Rostand Moutou Pitti, Eric Badel. Comparaison du comportement en flexion du tronc de deux clones d'Hévéa. 11èmes journées du GDR 3544 "Sciences du bois", Nov 2022, Nice, France. pp.148-151. hal-04825084

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# Comparaison du comportement en flexion du tronc de deux clones d'Hévéa

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BADEL Eric<fnref n="1" />

**Mots clefs :** Hevea brasiliensis ; vent ; rupture ; moment fléchissant ; rigidité de flexion, biomécanique

## Contexte et objectifs

L'hévéa (Hevea brasiliensis) est la principale source de production de caoutchouc naturel avec plus de 13 millions de tonnes par an (statistiques IRSG 2020). Cette production est basée sur des plantations industrielles et villageoises dans les régions tropicales humides. Pour récolter le latex, on effectue une entaille sur l'écorce pour sectionner les cellules laticifères et permettre l'écoulement du latex. Malheureusement, au cours de leur vie économique dans la plantation (entre 35 et 40 ans), les hévéas sont sensibles aux dommages causés par le vent, notamment à la rupture du tronc. On estime que sur 30 ans, les pertes dues à la casse au vent des arbres s'élèvent à près de 40% (Clément-Demange et al. 1995). Les plantations industrielles d'hévéas sont organisées en parcelles monoclonales, ce qui a permis de mettre en évidence (à travers des observations) une différence interclonale de sensibilité à la casse (Nicolas 1990). Les plants de culture sont sélectionnés pour leur productivité, leur résistance aux maladies, etc. ; mais difficilement pour leur comportement mécanique ou leur sensibilité à la casse, du fait du manque d'outils adapté pour l'évaluation de ces critères par les sélectionneurs. Les études sur le sujet se sont principalement concentrées sur l'architecture des arbres ou encore sur la présence de bois de tension pour tenter d'évaluer la sensibilité à la casse de certains clones par rapport à d'autres (Combe et Du Plessix 1974, Ramos et al. 2016). Dans le cadre du présent travail, on s'intéresse au comportement mécanique de tige de deux clones d'hévéa dont l'un est réputé très sensible et l'autre résistant à la casse. On s'intéresse plus précisément aux paramètres biomécaniques que sont la rigidité de flexion des arbres et la résistance à la rupture des tiges, afin de comprendre la différence de sensibilité à la casse de ces clones. Pour évaluer ces paramètres, nous avons effectué des essais de flexion sur pied dans des champs clonaux à grande échelle (« CCGE ») au sein de plantations basées en Côte d'Ivoire. Dans la suite du présent travail, nous présenterons d'abord une brève description de la morphologie de ces deux clones ; puis nous exposerons les résultats expérimentaux sur la comparaison interclonale de la rigidité de flexion. Enfin nous ferons une comparaison de la résistance à la rupture des deux clones.

## Matériel et méthode

L'étude a été menée sur des champs de clone de la SOGB (Société des Caoutchoucs de Grand-Béréby) au Sud-Ouest de la Cote d'Ivoire (4°40'41.4''N, 7°5'28.7''O). Des essais de flexion sur pied ont été effectués jusqu'à la rupture du tronc, sur 32 arbres dont 16 arbres CS (Clone Sensible) et 16 arbres CR (Clone Résistant). La circonférence mesurée était 56,9±0,01 cm pour les arbres CS et 56,1±0,02 cm pour les arbres CR ; la hauteur moyenne des arbres était quant à

<footnote n="1">¹Université Clermont Auvergne, INRAE, PIAF, F-63000 Clermont-Ferrand, France</footnote>

<footnote n="2">²Clermont Auvergne Université, CNRS, Clermont Auvergne INP, Institut Pascal, F-63000 Clermont-Ferrand, France</footnote>

<footnote n="3">³CENAREST, IRT, Libreville, Gabon
arnauld.engonga-edzang@inrae.fr</footnote>
elle de 17,6±0,96 m et 16,5±0,69 m respectivement pour les clones CS et CR. Pour l'analyse des essais de flexion, nous nous sommes appuyés sur un modèle adapté aux différentes données de mesure à notre disposition (Engonga Edzang et al 2022). Ces différentes données sont présentées sur la Fig. 1, qui représente une schématisation de l'essai de flexion sur pied.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Fig. 1 : Schéma d'un essai de flexion d'arbre sur pied : H, hauteur totale de l'arbre ; z<sub>F</sub>, hauteur au point de fixation du câble sur l'arbre ; β, angle du câble avec l'horizontale ; L<sub>hw</sub>, distance de l'arbre au point d'ancrage du tire-fort à la base de l'arbre voisin ; ε, déformation mesurée par l'élastomètre ; θ<sub>rs</sub>, inclinaison du système racine-sol mesurée par l'inclinomètre ; F, force appliquée par le tire-fort ; P, poids de la couronne ; ΔL, raccourcissement du câble.</figcaption></figure>

Ce modèle d'analyse des essais est caractérisé par les deux équations suivantes :

$$M_z = F \cdot \cos\beta \cdot [z_F - z] + F \cdot \sin\beta \cdot [v_F - v(z)] + P \cdot [v(z_G) - v(z)] \quad (1)$$

$$\sigma = \frac{M_z \cdot D_{//}}{2 \cdot I} \qquad (2)$$

où v(z), v<sub>F</sub> et v(z<sub>G</sub>) sont respectivement les déplacements de la section z, de la section z<sub>F</sub> (où la force est appliquée) et du centre de gravité du houppier, déterminés à partir de mesures sur le terrain (Engonga Edzang et al, 2022). I = π.D<sub>⊥</sub>/3.D<sub>⊥</sub>/64 est le moment d'inertie de cette section, avec D<sub>⊥</sub> et D<sub>⊥</sub> les diamètres suivant les directions parallèle et perpendiculaire à la direction de traction.

## Résultats et discussion

Les arbres des deux clones avaient des diamètres de houppier similaires (7 m en moyenne) mais différaient en terme de hauteur totale, de hauteur de première branche verte et d'élancement (Tab. 1). En effet, les arbres CS avaient un houppier qui commence très bas, la première branche verte étant en moyenne à 3 m du sol ; la différence entre la hauteur des arbres et la hauteur de la première branche y était donc plus élevée et égale à 14,8 m. A l'inverse de ces derniers, les arbres CR avaient un début de houppier beaucoup plus haut à 4 m en moyenne. La différence entre la hauteur des arbres et la hauteur de la première branche était donc moins élevée, 12,5 m pour les arbres CR. Cette différence de hauteur du houppier entre les deux clones est statistiquement significative (p < 2,78×10<sup>-7</sup>). Elle traduit le fait que les arbres CS avaient un houppier plus allongé et donc une plus grande prise au vent, comparativement aux arbres CR.
Le Tab. 1 montre également que les arbres CS avaient un élancement plus important que les arbres CR (différence significative avec $p = 1,65 \times 10^{-3}$); leur facteur d'élancement étant respectivement égal à 31,7 et 29,3. La vitesse du vent étant croissante avec la hauteur, l'élancement important des arbres CS signifie qu'ils subissent des vitesses de vent plus importantes comparativement aux arbres CR.

<table><caption>Tab. 1 : Valeurs des principaux paramètres morphologiques des arbres CS et CR avec test de Student pour
comparer les deux clones</caption><thead><tr><th>Clone</th><th>Hauteur 1<sup>ère</sup> branche (m)</th><th>Hauteur du houppier (m)</th><th>Diamètre du houppier (m)</th><th>Facteur d'élancement</th></tr></thead><tbody><tr><td>CS</td><td>3,0 ± 0,5</td><td>14,8 ± 1,1</td><td>7,0 ± 0,9</td><td>31,7 ± 2,1</td></tr><tr><td>CR</td><td>4,0 ± 1,1</td><td>12,5 ± 1,2</td><td>7,0 ± 0,8</td><td>29,3 ± 1,8</td></tr><tr><td>Niveau de signification au seuil de 5%</td><td>p &lt; 7,04×10<sup>-5</sup><br>S</td><td>p &lt; 2,78×10<sup>-7</sup><br>S</td><td>p = 7,6×10<sup>-1</sup><br>NS</td><td>p = 1,65×10<sup>-3</sup><br>S</td></tr></tbody></table>

m ± sd : moyenne et écart-type. p : plus-value du test-T de Student ;
S : différence significative ; NS : différence non-significative.

Toujours à l'échelle de l'arbre, nous avons effectué une comparaison interclonale du moment fléchissant à la rupture $M_{rup}$ et de la rigidité de flexion EI, mesurés à 1,5 m (Fig.2 et Fig.3). L'analyse des données expérimentales montre que les arbres CS ont un $M_{rup}$ moyen (Fig. 2) de 18,6±3,8 kN.m alors qu'il est plus élevé de 10% chez les arbres CR avec 20,5±4,3 kN.m. A l'inverse, les arbres CR avaient un EI moyen (Fig. 3) moins élevé de -5% comparativement aux arbres CS ; respectivement de 232,9±46,9 kN.m² et 221,3±34,7 kN.m². Cette variation de EI entre les deux clones s'explique en partie par le fait que les arbres CS avaient une circonférence moyenne plus élevée que les arbres CR. Toutefois, le test-T de comparaison effectué montre que les différences de $M_{rup}$ et EI observées entre les deux clones ne sont pas significatives ($p$=0,219 et 0,431 respectivement).

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Fig. 2 : Moment fléchissant à la rupture des arbres
CS et CR</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Fig. 3 : Rigidité de flexion des arbres CS et CR</figcaption></figure>

A l'échelle du bois, l'analyse des tests de rupture montre une différence significative ($p$=0,008) de la résistance du bois vert $\sigma_r$ entre les deux clones (Fig. 4). En effet, la valeur moyenne de contrainte à la rupture $\sigma_r$ du bois CR ($\sigma_r$=65,9±15,3 GPa) est 23% plus élevée que celle du bois CS ($\sigma_r$=53,8±7,5 GPa). On note également que la valeur moyenne du module d'élasticité $E_L$ du bois CR (9,5±1,4 GPa) est 8% plus élevée que celle du bois CS ($E_L$=8,8±1,1 GPa), comme le montre la Fig. 5. Cependant le test de comparaison statistique des modules d'élasticité $E_L$ indique que cette dernière différence n'est pas significative ($p$=0,122).
<figure><img src="image_5.png" /></figure>

fig. 4 : Contrainte de rupture du bois vert des arbres CS et CR

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>fig. 5 : Module d'élasticité du bois vert des arbres CS et CR</figcaption></figure>

fig. 5 : Module d'élasticité du bois vert des arbres CS et CR

<caption>fig. 4 : Contrainte de rupture du bois vert des arbres CS et CR</caption>

Conclusion

Globalement, les clones CS et CR ont des comportements mécaniques assez proches à l'échelle de la tige. On note toutefois une différence significative entre les deux clones au niveau de la résistance de leur bois, CS ayant une résistance plus faible que CR. Ainsi, le couplage d'une résistance du bois plus faible des arbres CS et une charge de vent plus importante (due à un houppier plus grand) sur ces derniers, peut expliquer leur grande sensibilité à la casse en comparaison avec les arbres CR.

Remerciements

Ces travaux font partie du projet « Vent Debout » financé par l'IFC (Institut Français du Caoutchouc) et les sociétés membres Michelin, SIPH et Socfin.

Références

Clément-Demange A., Nicolas D., Legnaté H., Rivano F., Le Guen V., Gnagne M.Y., Chapuset T. (1995) Hévéa: stratégies de sélection. Plantations, recherche, développement 2, 5-19.

Combe, J.-Cl., Du Plessix, C.-J., (1974). Étude du développement morphologique de la couronne d'Hévéa brasiliensis (Müll. Arg. Euphorbiacées-Crotonoïdées). Ann. Sci. forest. 31, 207-228. https://doi.org/10.1051/forest/19740402.

Engonga Edzang A.C., Niez B., Heim L., Fourcaud T., Gril J., Moulia B., Badel E. (2022) Wind safety of rubber trees in plantation: methodological analysis of bending experiments on inclined standing trees, à paraître dans Bois & Forêts des Tropiques.

Nicolas, D., (1990). L'hévéa: sa sélection: les effets destructifs du vent sur cet arbre, in: Architecture, Structure, Mécanique de l'arbre. Deuxième séminaire interne, Université de Montpellier 2 février 1990, pp. 69-79.

Ramos L., Latorraca J.V., Neto T., Martins L., Severo D. (2016) Anatomical characterization of tension wood in Hevea brasiliensis (Willd. ex a. Juss.) mull. arg. 1. Revista Árvore 40, 1109-1117. https://doi.org/10.1590/0100-67622016000600016
11èmes Journées Scientifiques
du GDR3544 Sciences du bois

Nice 16-18 Novembre 2022

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