de coupe, puis transformées en lamelles de dimensions 25 x 60 x 310 mm. Après calibrage, elles ont été mesurées pour déterminer la densité apparente.

Le plan d'expérience pour le collage latéral (EGP) comprenait l'étude de l'utilisation d'adhésifs PVAc et EPI, appliqués en grammages de 160, 180, 200 et 220 g.cm⁻², et pressés entre 7 et 10 kgf.cm⁻² (un peu moins de 1 MPa), générant le plan factoriel : 2 adhésifs x 4 grammages x 2 pressions.

Les adhésifs ont été appliqués à l'aide d'un rouleau en mousse sur une seule ligne de colle et chaque grammage a été vérifié sur une balance de précision. Après l'application de la colle, les joints ont été pressés dans une presse manuelle et la pression a été calibrée et contrôlée à l'aide d'une cellule de charge numérique et d'une clé dynamométrique. Le temps de pressage a été d'une heure pour les deux adhésifs, conformément aux recommandations des fabricants, et les conditions ambiantes de l'environnement de pressage ont été de 18 à 20° C et l'humidité relative de 70/75%.

Au titre de de référence et de comparaison, 2 traitements ont été produits avec du bois de *Pinus taeda*, une essence utilisée par l'industrie des moulures et des panneaux lamellés collés (EGP). Les conditions de collage ont suivi la norme industrielle adoptée pour cette essence. Au total, 18 traitements ont été réalisés, 16 conditions expérimentales avec *Pinus patula* et 2 avec *Pinus taeda*. Pour chaque traitement, 7 joints ou répétitions ont été collés.

Une fois l'adhésif complètement durci et conditionné, les joints de collage latéraux et les échantillons aboutés ont été sectionnés pour fabriquer les spécimens. La qualité de l'aboutage a été évaluée conformément à la norme ASTM 5572 (2005) à l'aide d'essais de flexion et de traction, et les échantillons ont été prétraités : adhésif sec ou durci, prétraitement à haute température, et en triple cycle avec 30 répétitions par prétraitement. L'adhérence latérale a été évaluée à l'aide du test de résistance au cisaillement selon la méthodologie recommandée par la norme EN 13354 (2009) avec un prétraitement indiqué pour les panneaux de type SWP/1 (Solid Wood Panel 1), qui sont utilisés dans des conditions sèches, et consiste à tester les spécimens après immersion pendant 24 heures dans l'eau à une température de 20±3°C. Trente-cinq échantillons ont été testés par condition expérimentale ou de collage. Après les essais, les échantillons de résistance à la traction et au cisaillement ont également été analysés pour détecter une éventuelle rupture du bois.

Une analyse statistique a été réalisée en utilisant les tests d'homogénéité de la variance, l'analyse de la variance et la comparaison de Tukey des moyennes au sein de chaque adhésif testé. Tous les tests ont été effectués à un niveau de fiabilité de 95 % (Statgraphics WVII). Les résultats des performances du *Pinus patula* ont été comparés aux exigences normatives de l'ASTM 5572 (2005) et de l'EN 13353 (2022), ainsi qu'aux performances du *Pinus taeda*.

## Résultats et discussion

### Densité du bois

La masse volumique apparente du bois de *Pinus patula* était de 0,432 g.cm⁻³ (CV : 15,34%) et celle de *Pinus taeda* de 0,444 g.cm⁻³ (CV : 10,69%). Il n'y a pas de différence statistiquement significative entre ces deux moyennes. Comme le *Pinus taeda*, il est considéré de densité légère ou faible. Selon Sellers (1994), les bois de faible densité sont plus faciles à coller car ils ne nécessitent pas d'adhésifs à haute résistance ou performance, facilitent la mobilité de l'adhésif dans sa structure et ne requièrent pas de procédures spéciales pendant le processus de collage.
de coupe, puis transformées en lamelles de dimensions 25 x 60 x 310 mm. Après calibrage, elles ont été mesurées pour déterminer la densité apparente.

Le plan d'expérience pour le collage latéral (EGP) comprenait l'étude de l'utilisation d'adhésifs PVAc et EPI, appliqués en grammages de 160, 180, 200 et 220 g.cm⁻², et pressés entre 7 et 10 kgf.cm⁻² (un peu moins de 1 MPa), générant le plan factoriel : 2 adhésifs x 4 grammages x 2 pressions.

Les adhésifs ont été appliqués à l'aide d'un rouleau en mousse sur une seule ligne de colle et chaque grammage a été vérifié sur une balance de précision. Après l'application de la colle, les joints ont été pressés dans une presse manuelle et la pression a été calibrée et contrôlée à l'aide d'une cellule de charge numérique et d'une clé dynamométrique. Le temps de pressage a été d'une heure pour les deux adhésifs, conformément aux recommandations des fabricants, et les conditions ambiantes de l'environnement de pressage ont été de 18 à 20° C et l'humidité relative de 70/75%.

Au titre de de référence et de comparaison, 2 traitements ont été produits avec du bois de *Pinus taeda*, une essence utilisée par l'industrie des moulures et des panneaux lamellés collés (EGP). Les conditions de collage ont suivi la norme industrielle adoptée pour cette essence. Au total, 18 traitements ont été réalisés, 16 conditions expérimentales avec *Pinus patula* et 2 avec *Pinus taeda*. Pour chaque traitement, 7 joints ou répétitions ont été collés.

Une fois l'adhésif complètement durci et conditionné, les joints de collage latéraux et les échantillons aboutés ont été sectionnés pour fabriquer les spécimens. La qualité de l'aboutage a été évaluée conformément à la norme ASTM 5572 (2005) à l'aide d'essais de flexion et de traction, et les échantillons ont été prétraités : adhésif sec ou durci, prétraitement à haute température, et en triple cycle avec 30 répétitions par prétraitement. L'adhérence latérale a été évaluée à l'aide du test de résistance au cisaillement selon la méthodologie recommandée par la norme EN 13354 (2009) avec un prétraitement indiqué pour les panneaux de type SWP/1 (Solid Wood Panel 1), qui sont utilisés dans des conditions sèches, et consiste à tester les spécimens après immersion pendant 24 heures dans l'eau à une température de 20±3°C. Trente-cinq échantillons ont été testés par condition expérimentale ou de collage. Après les essais, les échantillons de résistance à la traction et au cisaillement ont également été analysés pour détecter une éventuelle rupture du bois.

Une analyse statistique a été réalisée en utilisant les tests d'homogénéité de la variance, l'analyse de la variance et la comparaison de Tukey des moyennes au sein de chaque adhésif testé. Tous les tests ont été effectués à un niveau de fiabilité de 95 % (Statgraphics WVII). Les résultats des performances du *Pinus patula* ont été comparés aux exigences normatives de l'ASTM 5572 (2005) et de l'EN 13353 (2022), ainsi qu'aux performances du *Pinus taeda*.

# Résultats et discussion

## Densité du bois

La masse volumique apparente du bois de *Pinus patula* était de 0,432 g.cm⁻³ (CV : 15,34%) et celle de *Pinus taeda* de 0,444 g.cm⁻³ (CV : 10,69%). Il n'y a pas de différence statistiquement significative entre ces deux moyennes. Comme le *Pinus taeda*, il est considéré de densité légère ou faible. Selon Sellers (1994), les bois de faible densité sont plus faciles à coller car ils ne nécessitent pas d'adhésifs à haute résistance ou performance, facilitent la mobilité de l'adhésif dans sa structure et ne requièrent pas de procédures spéciales pendant le processus de collage.
## Collage de l'aboutage

Les résultats moyens du collage de l'aboutage (Tab. 1) ont montré que le bois de *Pinus patula* répondait aux exigences minimales de la norme ASTM 5572 (2005) pour la flexion statique dans tous les prétraitements, à savoir une résistance minimale de 13,8 MPa dans l'essai à sec et de 6,9 MPa dans l'essai à haute température et à triple cycle. De même, la résistance minimale a également été atteinte lors de l'essai de traction, qui recommande une valeur de 13,8 MPa lors de l'essai à sec et de 6,9 MPa lors de l'essai à haute température et à triple cycle. Les défaillances obtenues pour l'essai de traction étaient comprises entre 75 et 95 %, ce qui est considéré comme élevé et supérieur à la valeur minimale de 60 % pour l'essai à sec et de 30 % pour l'essai à cycle triple. Sur la base de ces résultats, on peut affirmer que le bois de *Pinus patula* a le potentiel ou la capacité d'être utilisé pour les moulures ou l'aboutage des panneaux lamellés collés.

<table><caption>Tab. 1 : Résultats moyens des collages par aboutage</caption><thead><tr><th rowspan="2">Conditions de l'essai</th><th rowspan="2">Resistance en flexion (MPa)</th><th colspan="2">Traction</th></tr><tr><th>Resistance (MPa)</th><th>Taux de défaillance (rupture du bois) (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Réticulé/Sec</td><td>39,46 (23,78)</td><td>22,09 (32,74)</td><td>95</td></tr><tr><td>Température élevée</td><td>28,04 (25,05)</td><td>21,19 (29,86)</td><td>75</td></tr><tr><td>Cycle triple</td><td>37,07 (23,30)</td><td>22,71 (28,59)</td><td>93</td></tr></tbody></table>

Entre parenthèses les coefficients de variation CV (%) ; n : 30 échantillons par essai (Flexion et Traction) et par condition de l'essai, totale : 180.

## Collage latéral

L'analyse de la variance pour la résistance au cisaillement latéral a montré des différences statistiquement significatives entre les différents traitements ou conditions expérimentales pour chaque adhésif évalué. De faibles valeurs de résistance ont été observées dans les traitements collés avec l'adhésif PVAc, ainsi que des valeurs de rupture du bois faibles ou nulles. Bien qu'il y ait une légère tendance à l'augmentation de la résistance avec l'augmentation du poids et de la pression de l'adhésif, tous les traitements collés avec cet adhésif ont échoué en termes de qualité de collage, compte tenu de l'exigence minimale de 2,50 MPa pour le 5e percentile requise par la norme EN 13353 (2022). Par rapport au traitement de contrôle de *Pinus taeda*, on peut toutefois dire que le comportement de la qualité de collage entre les deux espèces est similaire (Tab. 2). Dans les traitements collés avec l'adhésif EPI, des valeurs moyennes de résistance au cisaillement plus élevées ont été observées par rapport aux valeurs obtenues pour les traitements collés avec le PVAc, indiquant une meilleure performance dans le collage des panneaux lamellés collés (EGP). Cela conduit à envisager une analyse du coût et de la performance du collage.

La comparaison des moyennes entre les traitements de *Pinus patula* collés avec l'adhésif EPI a indiqué une meilleure performance pour les grammages de 180, 200 et 220 g.m⁻² et des pressions de 10 kgf.cm⁻², ainsi que pour le traitement de grammage 200g.m⁻² et une pression de 7 kgf.cm⁻², tous statistiquement égaux entre eux. Tous les traitements ont satisfait à l'exigence minimale de 2,5 MPa pour le 5e percentile inférieur (5% d'exclusion) requis par la norme EN 13353 (2022), ainsi qu'à des valeurs de rupture du bois supérieures à 40 %, (exigence pour une masse volumique allant jusqu'à 0,60 g.cm⁻³).

Il convient de noter que même les traitements collés avec le grammage le plus faible, c'est-à-dire 160 g. m⁻², et ce aux deux pressions étudiées, ont atteint des valeurs supérieures à 2,50 MPa pour le 5e percentile inférieur. Il est donc possible de réduire légèrement la quantité de colle
## Collage de l'aboutage

Les résultats moyens du collage de l'aboutage (Tab. 1) ont montré que le bois de *Pinus patula* répondait aux exigences minimales de la norme ASTM 5572 (2005) pour la flexion statique dans tous les prétraitements, à savoir une résistance minimale de 13,8 MPa dans l'essai à sec et de 6,9 MPa dans l'essai à haute température et à triple cycle. De même, la résistance minimale a également été atteinte lors de l'essai de traction, qui recommande une valeur de 13,8 MPa lors de l'essai à sec et de 6,9 MPa lors de l'essai à haute température et à triple cycle. Les défaillances obtenues pour l'essai de traction étaient comprises entre 75 et 95 %, ce qui est considéré comme élevé et supérieur à la valeur minimale de 60 % pour l'essai à sec et de 30 % pour l'essai à cycle triple. Sur la base de ces résultats, on peut affirmer que le bois de *Pinus patula* a le potentiel ou la capacité d'être utilisé pour les moulures ou l'aboutage des panneaux lamellés collés.

<table><caption>Tab. 1 : Résultats moyens des collages par aboutage</caption><thead><tr><th rowspan="2">Conditions de l'essai</th><th rowspan="2">Resistance en flexion (MPa)</th><th colspan="2">Traction</th></tr><tr><th>Resistance (MPa)</th><th>Taux de défaillance (rupture du bois) (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Réticulé/Sec</td><td>39,46 (23,78)</td><td>22,09 (32,74)</td><td>95</td></tr><tr><td>Température élevée</td><td>28,04 (25,05)</td><td>21,19 (29,86)</td><td>75</td></tr><tr><td>Cycle triple</td><td>37,07 (23,30)</td><td>22,71 (28,59)</td><td>93</td></tr></tbody></table>

Entre parenthèses les coefficients de variation CV (%) ; n : 30 échantillons par essai (Flexion et Traction) et par condition de l'essai, totale : 180.

## Collage latéral

L'analyse de la variance pour la résistance au cisaillement latéral a montré des différences statistiquement significatives entre les différents traitements ou conditions expérimentales pour chaque adhésif évalué. De faibles valeurs de résistance ont été observées dans les traitements collés avec l'adhésif PVAc, ainsi que des valeurs de rupture du bois faibles ou nulles. Bien qu'il y ait une légère tendance à l'augmentation de la résistance avec l'augmentation du poids et de la pression de l'adhésif, tous les traitements collés avec cet adhésif ont échoué en termes de qualité de collage, compte tenu de l'exigence minimale de 2,50 MPa pour le 5e percentile requise par la norme EN 13353 (2022). Par rapport au traitement de contrôle de *Pinus taeda*, on peut toutefois dire que le comportement de la qualité de collage entre les deux espèces est similaire (Tab. 2). Dans les traitements collés avec l'adhésif EPI, des valeurs moyennes de résistance au cisaillement plus élevées ont été observées par rapport aux valeurs obtenues pour les traitements collés avec le PVAc, indiquant une meilleure performance dans le collage des panneaux lamellés collés (EGP). Cela conduit à envisager une analyse du coût et de la performance du collage.

La comparaison des moyennes entre les traitements de *Pinus patula* collés avec l'adhésif EPI a indiqué une meilleure performance pour les grammages de 180, 200 et 220 g.m⁻² et des pressions de 10 kgf.cm⁻², ainsi que pour le traitement de grammage 200g.m⁻² et une pression de 7 kgf.cm⁻², tous statistiquement égaux entre eux. Tous les traitements ont satisfait à l'exigence minimale de 2,5 MPa pour le 5e percentile inférieur (5% d'exclusion) requis par la norme EN 13353 (2022), ainsi qu'à des valeurs de rupture du bois supérieures à 40 %, (exigence pour une masse volumique allant jusqu'à 0,60 g.cm⁻³).

Il convient de noter que même les traitements collés avec le grammage le plus faible, c'est-à-dire 160 g. m⁻², et ce aux deux pressions étudiées, ont atteint des valeurs supérieures à 2,50 MPa pour le 5e percentile inférieur. Il est donc possible de réduire légèrement la quantité de colle
appliquée sur la ligne de collage, diminuant ainsi des coûts de production et, par conséquent, avoir une incidence positive sur la performance environnementale globale (compte tenu de la fabrication de la colle, de la consommation d'énergie, du transport).

<table><caption>Tab. 2 : Résultats moyens de la résistance au cisaillement du collage latéral</caption><thead><tr><th>Traitement</th><th>Cisaillement (MPa)</th><th>Rupture du bois (%)</th><th>5e Percentile (MPa)</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>PVAc*</strong></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/160g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,24 c (24,72)</td><td>1</td><td>0,86</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/180g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,40 bc (27,67)</td><td>1</td><td>0,90</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/200g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,32 bc (27,14)</td><td>2</td><td>0,96</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/220g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,47 bc (22,94)</td><td>0</td><td>0,93</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/160g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,56 b (24,23)</td><td>0</td><td>1,01</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/180g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>2,21 a (21,96)</td><td>0</td><td>1,37</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/200g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>2,28 a (22,19)</td><td>1</td><td>1,63</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/220g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>2,41 a (16,74)</td><td>0</td><td>1,85</td></tr><tr><td><strong>P<sub>taeda</sub>/PVA/180g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></strong></td><td><strong>1,96 (34,21)</strong></td><td><strong>0</strong></td><td><strong>0,98</strong></td></tr><tr><td><strong>EPI**</strong></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/160g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,22 c (15,47)</td><td>47</td><td>3,38</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/180g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,46 bc (16,17)</td><td>55</td><td>3,70</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/200g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,74 abc (20,37)</td><td>42</td><td>3,75</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/220g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,48 bc (21,46)</td><td>42</td><td>3,56</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/160g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,17 c (23,85)</td><td>57</td><td>2,76</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/180g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,97 ab (13,74)</td><td>44</td><td>4,20</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/200g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>5,10 ab (17,61)</td><td>52</td><td>3,98</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/220g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>5,19 a (19,03)</td><td>45</td><td>3,97</td></tr><tr><td><strong>P<sub>taeda</sub>/EPI/180g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></strong></td><td><strong>4,03 (16,09)</strong></td><td><strong>13</strong></td><td><strong>3,11</strong></td></tr></tbody></table>

Conclusion

- L'adhésif EPI a montré une meilleure qualité de collage sur *Pinus patula* (et *Pinus taeda*) comparé à l'adhésif à base d'acétate de polyvinyle (PVAc).

- La qualité de l'adhésion ou du collage a eu tendance à augmenter avec le grammage et la pression.

- *Pinus patula* présente des résultats sur l'aboutage qui sont supérieurs aux exigences de l'ASTM 552 (2005) à la fois pour la flexion et la traction.

- *Pinus patula* a montré des résultats de qualité de collage latéral (EGP) supérieurs aux exigences de la norme EN 13353 (2008), lorsqu'il est collé avec un adhésif EPI.

- *Pinus patula* a montré une qualité de collage similaire ou supérieure à *Pinus taeda*, la principale espèce utilisée par l'industrie du moulage et du panneautage (EGP).

- *Pinus patula* convient ou a un potentiel pour la production de moulures et de panneaux lamellés collés (EGP).

<footnote>* e ** = p ≤ 0.05 ; Les moyennes suivies de la même lettre dans la même colonne et à l'intérieur de chaque adhésif sont statistiquement égales entre elles avec une fiabilité de 95 %. Les valeurs entre parenthèses indiquent le coefficient de variation des échantillons en pourcentage.</footnote>
appliquée sur la ligne de collage, diminuant ainsi des coûts de production et, par conséquent, avoir une incidence positive sur la performance environnementale globale (compte tenu de la fabrication de la colle, de la consommation d'énergie, du transport).

<table><caption>Tab. 2 : Résultats moyens de la résistance au cisaillement du collage latéral</caption><thead><tr><th>Traitement</th><th>Cisaillement (MPa)</th><th>Rupture du bois (%)</th><th>5e Percentile (MPa)</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>PVAc*</strong></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/160g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,24 c (24,72)</td><td>1</td><td>0,86</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/180g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,40 bc (27,67)</td><td>1</td><td>0,90</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/200g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,32 bc (27,14)</td><td>2</td><td>0,96</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/220g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,47 bc (22,94)</td><td>0</td><td>0,93</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/160g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>1,56 b (24,23)</td><td>0</td><td>1,01</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/180g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>2,21 a (21,96)</td><td>0</td><td>1,37</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/200g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>2,28 a (22,19)</td><td>1</td><td>1,63</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/PVA/220g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>2,41 a (16,74)</td><td>0</td><td>1,85</td></tr><tr><td><strong>P<sub>taeda</sub>/PVA/180g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></strong></td><td><strong>1,96 (34,21)</strong></td><td><strong>0</strong></td><td><strong>0,98</strong></td></tr><tr><td><strong>EPI**</strong></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/160g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,22 c (15,47)</td><td>47</td><td>3,38</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/180g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,46 bc (16,17)</td><td>55</td><td>3,70</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/200g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,74 abc (20,37)</td><td>42</td><td>3,75</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/220g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,48 bc (21,46)</td><td>42</td><td>3,56</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/160g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,17 c (23,85)</td><td>57</td><td>2,76</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/180g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>4,97 ab (13,74)</td><td>44</td><td>4,20</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/200g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>5,10 ab (17,61)</td><td>52</td><td>3,98</td></tr><tr><td>P<sub>patula</sub>/EPI/220g.m<sup>-2</sup>/10kgf.cm<sup>-2</sup></td><td>5,19 a (19,03)</td><td>45</td><td>3,97</td></tr><tr><td><strong>P<sub>taeda</sub>/EPI/180g.m<sup>-2</sup>/7kgf.cm<sup>-2</sup></strong></td><td><strong>4,03 (16,09)</strong></td><td><strong>13</strong></td><td><strong>3,11</strong></td></tr></tbody></table>

Conclusion

- L'adhésif EPI a montré une meilleure qualité de collage sur *Pinus patula* (et *Pinus taeda*) comparé à l'adhésif à base d'acétate de polyvinyle (PVAc).

- La qualité de l'adhésion ou du collage a eu tendance à augmenter avec le grammage et la pression.

- *Pinus patula* présente des résultats sur l'aboutage qui sont supérieurs aux exigences de l'ASTM 552 (2005) à la fois pour la flexion et la traction.

- *Pinus patula* a montré des résultats de qualité de collage latéral (EGP) supérieurs aux exigences de la norme EN 13353 (2008), lorsqu'il est collé avec un adhésif EPI.

- *Pinus patula* a montré une qualité de collage similaire ou supérieure à *Pinus taeda*, la principale espèce utilisée par l'industrie du moulage et du panneautage (EGP).

- *Pinus patula* convient ou a un potentiel pour la production de moulures et de panneaux lamellés collés (EGP).

<footnote>* e ** = p ≤ 0.05 ; Les moyennes suivies de la même lettre dans la même colonne et à l'intérieur de chaque adhésif sont statistiquement égales entre elles avec une fiabilité de 95 %. Les valeurs entre parenthèses indiquent le coefficient de variation des échantillons en pourcentage.</footnote>
## Remerciements

Aux entreprises Remasa Reflorestadora, Randa Compensados Portas e Molduras, à l'Université fédérale du Paraná (UFPR), à l'École supérieure du bois (ESB), et en particulier au programme Capes Brafitec.

## Références

* American Testing Society for Testing and Materials (2005) ASTM 5572, Standard specification for adhesives used for finger joints in nonstructural lumber products.

* CEI-Bois (2019) Wood- Building the Bioeconomy, 56 p.

* European Standard (2022) EN 13353, Solid wood panels, Requirements.

* European Standard (2009) EN 13354 Solid wood panels, Bonding quality, Test Method.

* European Union, Ecorefibre (2022) European wood panel industry scales up end-of-life recycling and circular uses of recovered wood. Press release.

* IBÁ (2022) Relatório Anual 2022.

* IBÁ (2016) A importancia e o potencial de uso da madeira plantada. https://iba.org/750-a-importancia-e-o-potencial-de-uso-da-madeira-plantada.

* MCTI (2023) Acordo de Paris. https://www.gov.br/mcti/pt-br/acompanhe-o-mcti/sirene/publicacoes/acordo-de-paris-e-ndc/arquivos/pdf/acordo_paris.pdf

* ONU (2023) Causas e Efeitos das Mudanças Climáticas. https://www.un.org/pt/climatechange/science/causes-effects-climate-change.

* ONU (2015) Convention-cadre sur les changements climatiques, FCCC/CP/2015/L.9/Rev.1

* Sellers T (1994) Adhesive in the Wood Industry, Handbook of adhesive technology, Cap. 37.
## Remerciements

Aux entreprises Remasa Reflorestadora, Randa Compensados Portas e Molduras, à l'Université fédérale du Paraná (UFPR), à l'École supérieure du bois (ESB), et en particulier au programme Capes Brafitec.

## Références

* American Testing Society for Testing and Materials (2005) ASTM 5572, Standard specification for adhesives used for finger joints in nonstructural lumber products.

* CEI-Bois (2019) Wood- Building the Bioeconomy, 56 p.

* European Standard (2022) EN 13353, Solid wood panels, Requirements.

* European Standard (2009) EN 13354 Solid wood panels, Bonding quality, Test Method.

* European Union, Ecorefibre (2022) European wood panel industry scales up end-of-life recycling and circular uses of recovered wood. Press release.

* IBÁ (2022) Relatório Anual 2022.

* IBÁ (2016) A importancia e o potencial de uso da madeira plantada. https://iba.org/750-a-importancia-e-o-potencial-de-uso-da-madeira-plantada.

* MCTI (2023) Acordo de Paris. https://www.gov.br/mcti/pt-br/acompanhe-o-mcti/sirene/publicacoes/acordo-de-paris-e-ndc/arquivos/pdf/acordo_paris.pdf

* ONU (2023) Causas e Efeitos das Mudanças Climáticas. https://www.un.org/pt/climatechange/science/causes-effects-climate-change.

* ONU (2015) Convention-cadre sur les changements climatiques, FCCC/CP/2015/L.9/Rev.1

* Sellers T (1994) Adhesive in the Wood Industry, Handbook of adhesive technology, Cap. 37.
# Méthode de calcul du PSF (Point de Saturation des Fibres) à partir de la variation de surface du plan radial-tangentiel

GUIBAL Daniel¹, GERARD Jean¹, GUYOT Alban¹

¹UR BioWooEB, CIRAD

daniel.guibal@cirad.fr

**Mots clefs** : bois, Point de Saturation des Fibres (PSF), essais, méthode

## Contexte et objectifs

La notion de PSF a été introduite par Tiemann (FPL Madison - USA) en 1906 en étudiant la résistance à la compression axiale et sa variation avec l'humidité du bois (PSF mécanique). Wilson (FPL Madison - USA) en 1932 réalise de nombreuses mesures mécaniques et physiques (retraits de séchage) et constate que le PSF tangentiel est différent du PSF radial mais aussi du PSF mécanique.

Le PSF est un bon indicateur de l'évolution de propriétés physiques et mécaniques lors des variations d'humidité. Le terme « zone » de saturation serait plus approprié que « point » de saturation. De plus, chaque estimation du PSF donne un résultat qui dépend du type (mécanique ou retrait) et de la direction (radiale, tangentielle) de mesure.

Depuis le début des années 30, le « Centre d'étude des Bois », dépendant du Ministère des colonies et ancêtre du CTFT, déterminait le PSF (dénommé à l'époque « Point de saturation à l'air ») à partir de la variation de volume de petites éprouvettes de bois de 20 x 20 x 20 mm. La méthode nécessitait des mesures de volume des éprouvettes entre l'état saturé et l'état anhydre. Ces mesures de volume se faisaient par immersion dans le mercure, à l'aide d'un « voluménomètre à mercure ».

Dans les années 90, pour des raisons sanitaires, on commence à éviter autant que possible d'utiliser du mercure dans les laboratoires. De plus, lors de l'essai, du mercure pouvait être piégé dans les éprouvettes et le calcul du PSF donnait des résultats parfois surprenants. C'est à cette époque, au sein du laboratoire de physique des bois du Cirad-Forêt (successeur du CTFT), qu'Anne Thibaut met au point et valide une méthode de calcul du PSF basée sur la variation de surface du plan radial-tangentiel de petites éprouvettes.

L'objectif de ce poster est de présenter pratiquement cette méthode mise en œuvre par le laboratoire de physique des bois de l'UR BioWooEb du Cirad depuis près de 30 ans.

## Matériel et méthodes

### La méthode « historique »

La méthode employée dans le laboratoire de physique des bois depuis les années 1930 jusqu'aux années 1990 consistait à mesurer la variation de volume de dix éprouvettes de 20 x 20 x 20 mm réparties sur un billon ou sur un plateau.

Chaque éprouvette (d'humidité h connue par mesure de l'humidité d'une éprouvette jumelle) était saturée puis son volume était mesuré à l'aide d'un voluménomètre à mercure (Vs). Elle était ensuite mise à sécher à l'air ambiant jusqu'à atteindre son humidité initiale, puis son volume Vh était mesuré à nouveau. Elle était enfin mise à l'étuve jusqu'à l'état anhydre et son volume (Va) était mesuré une dernière fois
# Méthode de calcul du PSF (Point de Saturation des Fibres) à partir de la variation de surface du plan radial-tangentiel

GUIBAL Daniel¹, GERARD Jean¹, GUYOT Alban¹

¹UR BioWooEB, CIRAD

daniel.guibal@cirad.fr

**Mots clefs** : bois, Point de Saturation des Fibres (PSF), essais, méthode

## Contexte et objectifs

La notion de PSF a été introduite par Tiemann (FPL Madison - USA) en 1906 en étudiant la résistance à la compression axiale et sa variation avec l'humidité du bois (PSF mécanique). Wilson (FPL Madison - USA) en 1932 réalise de nombreuses mesures mécaniques et physiques (retraits de séchage) et constate que le PSF tangentiel est différent du PSF radial mais aussi du PSF mécanique.

Le PSF est un bon indicateur de l'évolution de propriétés physiques et mécaniques lors des variations d'humidité. Le terme « zone » de saturation serait plus approprié que « point » de saturation. De plus, chaque estimation du PSF donne un résultat qui dépend du type (mécanique ou retrait) et de la direction (radiale, tangentielle) de mesure.

Depuis le début des années 30, le « Centre d'étude des Bois », dépendant du Ministère des colonies et ancêtre du CTFT, déterminait le PSF (dénommé à l'époque « Point de saturation à l'air ») à partir de la variation de volume de petites éprouvettes de bois de 20 x 20 x 20 mm. La méthode nécessitait des mesures de volume des éprouvettes entre l'état saturé et l'état anhydre. Ces mesures de volume se faisaient par immersion dans le mercure, à l'aide d'un « voluménomètre à mercure ».

Dans les années 90, pour des raisons sanitaires, on commence à éviter autant que possible d'utiliser du mercure dans les laboratoires. De plus, lors de l'essai, du mercure pouvait être piégé dans les éprouvettes et le calcul du PSF donnait des résultats parfois surprenants. C'est à cette époque, au sein du laboratoire de physique des bois du Cirad-Forêt (successeur du CTFT), qu'Anne Thibaut met au point et valide une méthode de calcul du PSF basée sur la variation de surface du plan radial-tangentiel de petites éprouvettes.

L'objectif de ce poster est de présenter pratiquement cette méthode mise en œuvre par le laboratoire de physique des bois de l'UR BioWooEb du Cirad depuis près de 30 ans.

## Matériel et méthodes

### La méthode « historique »

La méthode employée dans le laboratoire de physique des bois depuis les années 1930 jusqu'aux années 1990 consistait à mesurer la variation de volume de dix éprouvettes de 20 x 20 x 20 mm réparties sur un billon ou sur un plateau.

Chaque éprouvette (d'humidité h connue par mesure de l'humidité d'une éprouvette jumelle) était saturée puis son volume était mesuré à l'aide d'un voluménomètre à mercure (Vs). Elle était ensuite mise à sécher à l'air ambiant jusqu'à atteindre son humidité initiale, puis son volume Vh était mesuré à nouveau. Elle était enfin mise à l'étuve jusqu'à l'état anhydre et son volume (Va) était mesuré une dernière fois
$$ - \text{Calcul du gonflement volumétrique total : GB} \qquad GB = \frac{Vs-Va}{Va} \times 100 $$

$$ - \text{Calcul du coefficient de gonflement volumétrique : Gv} \qquad Gv = \frac{Vh-Va}{Va \times h} \times 100 $$

$$ - \text{Calcul du Point de Saturation des Fibres : S} \qquad S = \frac{GB}{Gv} $$

## La méthode actuelle

La limitation de l'utilisation du mercure dans les laboratoires a entraîné l'abandon du voluménomètre à mercure et donc de la méthode « historique ». La méthode développée par Anne Thibaut pour la détermination du PSF s'appuie sur l'hypothèse selon laquelle les variations de dimensions du bois sont nulles au-dessus du PSF et linéaires entre le PSF et l'état anhydre. Cette méthode repose sur la mesure des dimensions radiales et tangentielles d'éprouvettes orientées, successivement dans des états : saturé puis stabilisé et enfin anhydre. Un état stabilisé correspond à celui d'une éprouvette en équilibre dans une ambiance donnée (température et humidité constante), c'est-à-dire dont la masse est devenue constante ; l'éprouvette est alors considérée « stabilisée ».

Trois ambiances de stabilisation sont définies :

- 30°C – 85 % HR, qui correspond à une humidité théorique du bois d'environ 18%

- 20°C – 65 % HR, qui correspond à une humidité théorique du bois d'environ 12%

- 20°C – 30 % HR, qui correspond à une humidité théorique du bois d'environ 6%

A chacune des 5 étapes, la masse, la dimension radiale et la dimension tangentielle de l'éprouvette sont déterminées.

Pour les 5 états (saturé, « 18% », « 12% », « 6% » et anhydre), on détermine :

- la « surface » de l'éprouvette qui est le produit de la dimension radiale par la dimension tangentielle

- le taux d'humidité réel de l'éprouvette (sa masse à l'état anhydre constituant la référence)

La représentation sur un graphe de la différence entre la « surface » saturée et la « surface » à l'un des 4 autres états (en abscisse) en fonction de l'humidité réelle de l'éprouvette dans l'état correspondant (en ordonnée) permet d'obtenir le PSF par régression linéaire sur ces 4 points. Le PSF correspond à l'intersection de la droite de régression et de l'axe des ordonnées (Fig. 1).

<figure><img src="image_82.png" /><figcaption>Fig. 1: Détermination graphique du PSF : humidité de l'éprouvette de bois en fonction de sa variation de surface, à partir de l'état saturé.</figcaption></figure>
$$ - \text{Calcul du gonflement volumétrique total : GB} \qquad GB = \frac{Vs-Va}{Va} \times 100 $$

$$ - \text{Calcul du coefficient de gonflement volumétrique : Gv} \qquad Gv = \frac{Vh-Va}{Va \times h} \times 100 $$

$$ - \text{Calcul du Point de Saturation des Fibres : S} \qquad S = \frac{GB}{Gv} $$

## La méthode actuelle

La limitation de l'utilisation du mercure dans les laboratoires a entraîné l'abandon du voluménomètre à mercure et donc de la méthode « historique ». La méthode développée par Anne Thibaut pour la détermination du PSF s'appuie sur l'hypothèse selon laquelle les variations de dimensions du bois sont nulles au-dessus du PSF et linéaires entre le PSF et l'état anhydre. Cette méthode repose sur la mesure des dimensions radiales et tangentielles d'éprouvettes orientées, successivement dans des états : saturé puis stabilisé et enfin anhydre. Un état stabilisé correspond à celui d'une éprouvette en équilibre dans une ambiance donnée (température et humidité constante), c'est-à-dire dont la masse est devenue constante ; l'éprouvette est alors considérée « stabilisée ».

Trois ambiances de stabilisation sont définies :

- 30°C – 85 % HR, qui correspond à une humidité théorique du bois d'environ 18%

- 20°C – 65 % HR, qui correspond à une humidité théorique du bois d'environ 12%

- 20°C – 30 % HR, qui correspond à une humidité théorique du bois d'environ 6%

A chacune des 5 étapes, la masse, la dimension radiale et la dimension tangentielle de l'éprouvette sont déterminées.

Pour les 5 états (saturé, « 18% », « 12% », « 6% » et anhydre), on détermine :

- la « surface » de l'éprouvette qui est le produit de la dimension radiale par la dimension tangentielle

- le taux d'humidité réel de l'éprouvette (sa masse à l'état anhydre constituant la référence)

La représentation sur un graphe de la différence entre la « surface » saturée et la « surface » à l'un des 4 autres états (en abscisse) en fonction de l'humidité réelle de l'éprouvette dans l'état correspondant (en ordonnée) permet d'obtenir le PSF par régression linéaire sur ces 4 points. Le PSF correspond à l'intersection de la droite de régression et de l'axe des ordonnées (Fig. 1).

<figure><img src="image_83.png" /><figcaption>Fig. 1: Détermination graphique du PSF : humidité de l'éprouvette de bois en fonction de sa variation de surface, à partir de l'état saturé.</figcaption></figure>
## En pratique

La détermination du PSF se fait sur éprouvettes orientées : 20 mm (radial) x 20 mm (tangentiel) x 10 mm (longitudinal). Les éprouvettes sont référencées (stylo bille noir) et leurs arêtes sont ébavurées au papier de verre fin (240). A l'aide d'un tampon encreur constitué d'un morceau de tuyau souple, on repère et on marque le centre d'une face tangentielle-longitudinale pour la mesure de la dimension radiale, et d'une face radiale-longitudinale pour la mesure de la dimension tangentielle (Fig. 2).

<figure><img src="image_83.png" /><figcaption>Fig 2. Préparation de l'éprouvette</figcaption></figure>

Les mesures sont faites à l'aide d'un comparateur au 1/1000ᵉ mm et les pesées sont faites sur une balance au 1/1000ᵉ g (Fig. 3).

<figure><img src="image_84.png" /><figcaption>Fig. 3 : Mise en place de l'éprouvette et contact avec la touche plate du comparateur (Ø 5 mm)</figcaption></figure>

## Résultats et discussion

La distribution des PSF moyens obtenus en utilisant la méthode « historique » (plus de 3000 essais) met en évidence certaines valeurs nettement supérieures à 40%, peu conformes à ce que l'on pouvait attendre (Fig. 4).

En effet, chaque éprouvette faisait l'objet de 3 mesures à l'aide du voluménomètre à mercure. Outre les possibles erreurs opérateurs, l'utilisation de cet équipement pouvait être entachée de biais. Biais liés au piégeage de billes de mercure dans le bois ou à la mesure du taux d'humidité sur éprouvette jumelle qui pouvaient fausser les mesures.

La distribution précédente est comparée à celle correspondant à des valeurs de PSF déterminées à l'aide de la méthode actuelle sur 500 éprouvettes prélevées dans 21 essences de bois de Polynésie. Malgré l'absence d'effet de lissage lié au calcul d'un PSF moyen (Fig. 5), il apparaît sur cette nouvelle distribution que très peu de valeurs sortent des limites 20% - 40%.

La méthode utilisée depuis les années 90 dans le laboratoire de physique du Cirad est simple à mettre en œuvre et ne nécessite pas d'équipements coûteux ni de produits dangereux.

A partir d'une même série de mesures de dimensions et de pesées, elle permet d'obtenir simultanément le PSF et les retraits linéaires totaux suivant les directions radiale et tangentielle
## En pratique

La détermination du PSF se fait sur éprouvettes orientées : 20 mm (radial) x 20 mm (tangentiel) x 10 mm (longitudinal). Les éprouvettes sont référencées (stylo bille noir) et leurs arêtes sont ébavurées au papier de verre fin (240). A l'aide d'un tampon encreur constitué d'un morceau de tuyau souple, on repère et on marque le centre d'une face tangentielle-longitudinale pour la mesure de la dimension radiale, et d'une face radiale-longitudinale pour la mesure de la dimension tangentielle (Fig. 2).

<figure><img src="image_84.png" /><figcaption>Fig 2. Préparation de l'éprouvette</figcaption></figure>

Les mesures sont faites à l'aide d'un comparateur au 1/1000ᵉ mm et les pesées sont faites sur une balance au 1/1000ᵉ g (Fig. 3).

<figure><img src="image_85.png" /><figcaption>Fig. 3 : Mise en place de l'éprouvette et contact avec la touche plate du comparateur (Ø 5 mm)</figcaption></figure>

## Résultats et discussion

La distribution des PSF moyens obtenus en utilisant la méthode « historique » (plus de 3000 essais) met en évidence certaines valeurs nettement supérieures à 40%, peu conformes à ce que l'on pouvait attendre (Fig. 4).

En effet, chaque éprouvette faisait l'objet de 3 mesures à l'aide du voluménomètre à mercure. Outre les possibles erreurs opérateurs, l'utilisation de cet équipement pouvait être entachée de biais. Biais liés au piégeage de billes de mercure dans le bois ou à la mesure du taux d'humidité sur éprouvette jumelle qui pouvaient fausser les mesures.

La distribution précédente est comparée à celle correspondant à des valeurs de PSF déterminées à l'aide de la méthode actuelle sur 500 éprouvettes prélevées dans 21 essences de bois de Polynésie. Malgré l'absence d'effet de lissage lié au calcul d'un PSF moyen (Fig. 5), il apparaît sur cette nouvelle distribution que très peu de valeurs sortent des limites 20% - 40%.

La méthode utilisée depuis les années 90 dans le laboratoire de physique du Cirad est simple à mettre en œuvre et ne nécessite pas d'équipements coûteux ni de produits dangereux.

A partir d'une même série de mesures de dimensions et de pesées, elle permet d'obtenir simultanément le PSF et les retraits linéaires totaux suivant les directions radiale et tangentielle
<figure><img src="image_85.png" /><figcaption>Fig 4 : Valeur du PSF moyen pour 3000 essais réalisés durant 60 ans avec la méthode « historique »</figcaption></figure>

<figure><img src="image_86.png" /><figcaption>Fig 5 : PSF déterminé sur 500 éprouvettes prélevées dans 21 essences de bois de Polynésie selon la méthode actuelle</figcaption></figure>

De plus, la mesure du volume saturé de l'éprouvette (par poussée d'Archimède) lors de la première étape de l'essai (mesures à l'état saturée) permet d'obtenir simultanément l'infradensité.

Compte tenu des phases successives de stabilisation des éprouvettes, la durée totale d'un essai est comprise entre un mois et demi et deux mois. La durée de réalisation effective de l'essai (mesures des dimensions et pesées) est comprise entre 5 et 6 jours.

La Fig. 6 montre des exemples de résultats obtenus.
<figure><img src="image_86.png" /><figcaption>Fig 4 : Valeur du PSF moyen pour 3000 essais réalisés durant 60 ans avec la méthode « historique »</figcaption></figure>

<figure><img src="image_87.png" /><figcaption>Fig 5 : PSF déterminé sur 500 éprouvettes prélevées dans 21 essences de bois de Polynésie selon la méthode actuelle</figcaption></figure>

De plus, la mesure du volume saturé de l'éprouvette (par poussée d'Archimède) lors de la première étape de l'essai (mesures à l'état saturée) permet d'obtenir simultanément l'infradensité.

Compte tenu des phases successives de stabilisation des éprouvettes, la durée totale d'un essai est comprise entre un mois et demi et deux mois. La durée de réalisation effective de l'essai (mesures des dimensions et pesées) est comprise entre 5 et 6 jours.

La Fig. 6 montre des exemples de résultats obtenus.
Remerciements

Bernard THIBAUT

Références

Tiemann HD (1906) Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood. U.S.
Department of Agriculture, Washington
([https://archive.org/details/effectmoistureu00tiemgoog/mode/2up](https://archive.org/details/effectmoistureu00tiemgoog/mode/2up))

Wilson TRC (1932) Strength-moisture relations for wood. Tech.Bull.282.Washinton, DC: U.S.
Department of agriculture.

Collectif (2016) Atlas des bois tropicaux Caractéristiques technologiques et utilisations.
Éditions Quæ. ISBN : 978-2-7592-2551-4.

Collectif (2015) Mémento du forestier tropical. Éditions Quæ. ISBN : 978-2-7592-2341-1.
Remerciements

Bernard THIBAUT

Références

Tiemann HD (1906) Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood. U.S.
Department of Agriculture, Washington
([https://archive.org/details/effectmoistureu00tiemgoog/mode/2up](https://archive.org/details/effectmoistureu00tiemgoog/mode/2up))

Wilson TRC (1932) Strength-moisture relations for wood. Tech.Bull.282.Washinton, DC: U.S.
Department of agriculture.

Collectif (2016) Atlas des bois tropicaux Caractéristiques technologiques et utilisations.
Éditions Quæ. ISBN : 978-2-7592-2551-4.

Collectif (2015) Mémento du forestier tropical. Éditions Quæ. ISBN : 978-2-7592-2341-1.
# Caractérisation mécanique de panneaux CLT par méthode non destructive

BRANCHERIAU Loïc<fnref n="1" />, FAIRCLOTH Adam<fnref n="2" />,<fnref n="3" />, KARAMPOUR Hassan<fnref n="3" />, KUMAR Chandan<fnref n="2" />,<fnref n="4" />

**Mots clefs** : panneaux CLT ; évaluation non destructive ; propriétés élastiques ; vibrations acoustiques

## Contexte et objectifs

Les produits en bois d'ingénierie sont de plus en plus répandus dans l'industrie de la construction en raison de leurs excellentes performances sismiques, de leurs avantages en matière de préfabrication, de leur installation plus rapide sur site, de leur rôle de puits de carbone naturel, de la réduction des coûts de construction et de l'amélioration de l'enveloppe du bâtiment et de ses performances thermiques (Wang et al. 2018, McGavin et al. 2020). La conception des panneaux CLT nécessite la prise en compte de facteurs spécifiques dus à la nature du matériau bois (Brandner 2013, Kremer et Symmons 2018). Ross (2015) a présenté une revue des techniques d'évaluation non-destructive (END) utilisées dans le monde, dont la majorité concerne l'évaluation des poutres, des grumes et des arbres sur pied. Parmi ces techniques, les systèmes actuels d'END acoustique utilisent l'analyse vibroacoustique des signaux produits par impulsion (Brancheriau et Bailleres 2002). Il a été prouvé que l'END acoustique permettait d'obtenir des caractérisations rapides et précises des propriétés élastiques pour toute une gamme de produits en bois. Plusieurs études (Brancheriau et Bailleres 2002, Bucar et Bucar 2011, Shirmohammadi et al. 2020) ont utilisé cette méthode pour déterminer les propriétés élastiques du matériau testé. Cependant, aucun système de ce type n'a été adopté par l'industrie pour le CLT, probablement en raison de la complexité de la mise en œuvre et de l'inversion de l'équation du mouvement pour des plaques épaisses orthotropes. Faircloth et al (2021) ont étudié quatre conditions aux limites pour un système d'essai non destructif en ligne adapté aux CLT. Parmi les conditions limites évaluées, la condition de libre appui sur tous les côtés était la plus appropriée pour des mesures rapides ; elle a de plus été considérée comme plus facilement transposable dans l'industrie. Une méthode d'END performante pour les fabricants de CLT permettrait de connaître les propriétés de chaque panneau classé individuellement. L'objectif de cette étude était d'étudier la faisabilité du développement d'un système d'END acoustique pour les panneaux CLT minces et épais par le biais d'un essai sur panneaux de taille industrielle, en vue d'une application en ligne d'un outil de caractérisation et de classement.

## Matériel et méthode

Un ensemble de 28 panneaux CLT de dimensions latérales (x = 3.0 m ; y = 2.4 m majoritairement) avec 5 épaisseurs différentes (z = 7,5 cm ; 10,5 cm ; 11,5 cm ; 12,5 cm ; 15,0 cm) a été testé. Toutes les expériences ont été menées sur des panneaux fabriqués en Australie à partir de *Pinus radiata*. Ces panneaux sont considérés comme minces à modérément épais. Les panneaux sont dans un premier temps mis en vibrations libres par un choc à une extrémité. Les vibrations sont captées par un accéléromètre positionné à l'autre coin. La fréquence

<footnote n="1">¹CIRAD, UPR BioWooEB, Univ. Montpellier, Montpellier, France</footnote>

<footnote n="2">²Department of Agriculture and Fisheries, QLD Government, Brisbane, QLD, Australia</footnote>

<footnote n="3">³School of Engineering and Built Environment, Griffith University, QLD, Australia</footnote>

<footnote n="4">⁴School of Engineering, University of Southern Queensland, Springfield, QLD, Australia

loic.bancheriau@cirad.fr</footnote>
# Caractérisation mécanique de panneaux CLT par méthode non destructive

BRANCHERIAU Loïc<fnref n="1" />, FAIRCLOTH Adam<fnref n="2" />,<fnref n="3" />, KARAMPOUR Hassan<fnref n="3" />, KUMAR Chandan<fnref n="2" />,<fnref n="4" />

**Mots clefs** : panneaux CLT ; évaluation non destructive ; propriétés élastiques ; vibrations acoustiques

## Contexte et objectifs

Les produits en bois d'ingénierie sont de plus en plus répandus dans l'industrie de la construction en raison de leurs excellentes performances sismiques, de leurs avantages en matière de préfabrication, de leur installation plus rapide sur site, de leur rôle de puits de carbone naturel, de la réduction des coûts de construction et de l'amélioration de l'enveloppe du bâtiment et de ses performances thermiques (Wang et al. 2018, McGavin et al. 2020). La conception des panneaux CLT nécessite la prise en compte de facteurs spécifiques dus à la nature du matériau bois (Brandner 2013, Kremer et Symmons 2018). Ross (2015) a présenté une revue des techniques d'évaluation non-destructive (END) utilisées dans le monde, dont la majorité concerne l'évaluation des poutres, des grumes et des arbres sur pied. Parmi ces techniques, les systèmes actuels d'END acoustique utilisent l'analyse vibroacoustique des signaux produits par impulsion (Brancheriau et Bailleres 2002). Il a été prouvé que l'END acoustique permettait d'obtenir des caractérisations rapides et précises des propriétés élastiques pour toute une gamme de produits en bois. Plusieurs études (Brancheriau et Bailleres 2002, Bucar et Bucar 2011, Shirmohammadi et al. 2020) ont utilisé cette méthode pour déterminer les propriétés élastiques du matériau testé. Cependant, aucun système de ce type n'a été adopté par l'industrie pour le CLT, probablement en raison de la complexité de la mise en œuvre et de l'inversion de l'équation du mouvement pour des plaques épaisses orthotropes. Faircloth et al (2021) ont étudié quatre conditions aux limites pour un système d'essai non destructif en ligne adapté aux CLT. Parmi les conditions limites évaluées, la condition de libre appui sur tous les côtés était la plus appropriée pour des mesures rapides ; elle a de plus été considérée comme plus facilement transposable dans l'industrie. Une méthode d'END performante pour les fabricants de CLT permettrait de connaître les propriétés de chaque panneau classé individuellement. L'objectif de cette étude était d'étudier la faisabilité du développement d'un système d'END acoustique pour les panneaux CLT minces et épais par le biais d'un essai sur panneaux de taille industrielle, en vue d'une application en ligne d'un outil de caractérisation et de classement.

## Matériel et méthode

Un ensemble de 28 panneaux CLT de dimensions latérales (x = 3.0 m ; y = 2.4 m majoritairement) avec 5 épaisseurs différentes (z = 7,5 cm ; 10,5 cm ; 11,5 cm ; 12,5 cm ; 15,0 cm) a été testé. Toutes les expériences ont été menées sur des panneaux fabriqués en Australie à partir de *Pinus radiata*. Ces panneaux sont considérés comme minces à modérément épais. Les panneaux sont dans un premier temps mis en vibrations libres par un choc à une extrémité. Les vibrations sont captées par un accéléromètre positionné à l'autre coin. La fréquence

<footnote n="1">¹CIRAD, UPR BioWooEB, Univ. Montpellier, Montpellier, France</footnote>

<footnote n="2">²Department of Agriculture and Fisheries, QLD Government, Brisbane, QLD, Australia</footnote>

<footnote n="3">³School of Engineering and Built Environment, Griffith University, QLD, Australia</footnote>

<footnote n="4">⁴School of Engineering, University of Southern Queensland, Springfield, QLD, Australia
loic.bancheriau@cirad.fr</footnote>
d'échantillonnage était de 8 kHz avec une résolution de 0,156 Hz. Des essais statiques ont été réalisés dans un deuxième temps selon les normes EN-16351 et EN-408. Les modules d'élasticité $E_x$, $E_y$ ont ainsi pu être déterminé, de même que le cisaillement roulant $G_{xy}$ et les deux cisaillements transverses $G_{xz}$ et $G_{yz}$.

La méthode des éléments finis a été utilisée pour modéliser le comportement dynamique d'une plaque orthotrope épaisse selon la théorie de Hencky-Mindlin. L'équilibre d'un élément de plaque sans forces extérieures peut être écrit comme suit (Brancheriau 2022) :

$$ \frac{h^3}{12} \left( C_{11} \frac{\partial^3 \theta_x}{\partial x^3} + (2C_{12} + C_{12}) \left( \frac{\partial^3 \theta_x}{\partial x \partial y^2} + \frac{\partial^3 \theta_y}{\partial x^2 \partial y} \right) + C_{22} \frac{\partial^3 \theta_y}{\partial y^3} \right) - \rho \frac{h^3}{12} \left( \frac{\partial^3 \theta_x}{\partial x \partial t^2} + \frac{\partial^3 \theta_y}{\partial y \partial t^2} \right) + \rho h \frac{\partial^2 w}{\partial t^2} = 0 \quad (1) \quad (1) $$

Avec x, y, z les coordonnées spatiales (associées aux indices 1, 2, 3 respectivement), t est le temps, h est l'épaisseur du panneau, $\rho$ est la densité du panneau, $\theta_x$ et $\theta_y$ sont les angles de rotation de la section transversale (associés aux moments de flexion), w est le déplacement, les $C_{ij}$ sont les coefficients de la matrice de rigidité, et les $G_{ij}$ sont les modules de cisaillement (avec $G_{12} = C_{33}$). Le développement théorique complet est en accès libre dans le Dataverse du Cirad (Brancheriau 2022). Un code spécifique a été développé avec GNU Octave (le problème direct est en accès libre). Le type d'élément est rectangulaire (bien adapté à ce cas particulier et orienté le long des axes x et y) avec un polynôme du quatrième ordre pour approximer les déplacements nodaux. Connaissant les valeurs des dimensions, de la densité et des propriétés mécaniques, le modèle numérique permet de déterminer les fréquences de vibration du panneau. Trouver la solution du problème inverse revient à déterminer les 5 propriétés mécaniques à partir des fréquences expérimentales. Le critère suivant a été calculé afin de minimiser la différence entre les fréquences expérimentales et les fréquences calculées :

$$ \delta = \sum_{k=1}^{N_f} \frac{|f_{exp\ k} - f_{comp\ k}|}{f_{exp\ k}} \quad (2) $$

Avec $\delta$ le critère, $f_{exp\ k}$ la fréquence expérimentale de rang k, et $f_{comp\ k}$ la fréquence calculée de rang k. Ce critère permet de prendre en compte les différences d'échelle entre les fréquences. Ce critère a été minimisé par une méthode d'optimisation adaptée de celle proposée par Nelder-Mead.

## Résultats et discussion

Les résultats complets de cette étude sont en cours de publication. Le Tab. 1 présente les erreurs de calcul des propriétés mécaniques pour 5, 8 et 12 fréquences de résonance sélectionnées et des résolutions de 0,5 ; 1,0 et 1,5 Hz. Les résultats présentent une erreur modérée (de 7% à 11%) pour 5 fréquences de résonance sélectionnées quel que soit la résolution. Les résultats pour huit fréquences présentent une faible variation (erreur de 1%). L'analyse des erreurs sur l'ensemble des 5 propriétés mécaniques ($E_x$, $E_y$, $G_{xy}$, $G_{xz}$, $G_{yz}$) déterminées par la procédure d'optimisation a montré que les résultats pour 12 fréquences choisies présentent des erreurs les plus faibles lorsque la résolution en fréquence <1,0 Hz. D'une manière générale, lorsque le nombre de fréquences sélectionnées augmente, l'erreur sur les valeurs des propriétés mécaniques diminue. La redondance des informations expérimentales améliore la convergence et la précision de la solution du problème inverse. L'effet de la résolution en fréquence semble être moins important sur la précision que le nombre de fréquences à prendre en compte. Toutefois, on observe que l'erreur sur les propriétés mécaniques augmente à mesure que la résolution de fréquence (erreur en Hz) augmente.

La Fig. 1 présente la relation entre les propriétés mécaniques prédites et mesurées de $E_x$. La relation linéaire est statistiquement significative avec un coefficient de détermination de $R^2 = 0,77$. Pour toutes les cinq propriétés mécaniques (relations non montrées ici), les constantes des
d'échantillonnage était de 8 kHz avec une résolution de 0,156 Hz. Des essais statiques ont été réalisés dans un deuxième temps selon les normes EN-16351 et EN-408. Les modules d'élasticité E<sub>x</sub>, E<sub>y</sub> ont ainsi pu être déterminé, de même que le cisaillement roulant G<sub>xy</sub> et les deux cisaillements transverses G<sub>xz</sub> et G<sub>yz</sub>.

La méthode des éléments finis a été utilisée pour modéliser le comportement dynamique d'une plaque orthotrope épaisse selon la théorie de Hencky-Mindlin. L'équilibre d'un élément de plaque sans forces extérieures peut être écrit comme suit (Brancheriau 2022) :

$$ \frac{h^3}{12} \left( C_{11} \frac{\partial^3 \theta_x}{\partial x^3} + (2C_{12} + C_{12}) \left( \frac{\partial^3 \theta_x}{\partial x \partial y^2} + \frac{\partial^3 \theta_y}{\partial x^2 \partial y} \right) + C_{22} \frac{\partial^3 \theta_y}{\partial y^3} \right) - \rho \frac{h^3}{12} \left( \frac{\partial^3 \theta_x}{\partial x \partial t^2} + \frac{\partial^3 \theta_y}{\partial y \partial t^2} \right) + \rho h \frac{\partial^2 w}{\partial t^2} = 0 \quad (1) \quad (1) $$

Avec x, y, z les coordonnées spatiales (associées aux indices 1, 2, 3 respectivement), t est le temps, h est l'épaisseur du panneau, ρ est la densité du panneau, θ<sub>x</sub> et θ<sub>y</sub> sont les angles de rotation de la section transversale (associés aux moments de flexion), w est le déplacement, les C<sub>ij</sub> sont les coefficients de la matrice de rigidité, et les G<sub>ij</sub> sont les modules de cisaillement (avec G<sub>12</sub> = C<sub>33</sub>). Le développement théorique complet est en accès libre dans le Dataverse du Cirad (Brancheriau 2022). Un code spécifique a été développé avec GNU Octave (le problème direct est en accès libre). Le type d'élément est rectangulaire (bien adapté à ce cas particulier et orienté le long des axes x et y) avec un polynôme du quatrième ordre pour approximer les déplacements nodaux. Connaissant les valeurs des dimensions, de la densité et des propriétés mécaniques, le modèle numérique permet de déterminer les fréquences de vibration du panneau. Trouver la solution du problème inverse revient à déterminer les 5 propriétés mécaniques à partir des fréquences expérimentales. Le critère suivant a été calculé afin de minimiser la différence entre les fréquences expérimentales et les fréquences calculées :

$$ \delta = \sum_{k=1}^{N_f} \frac{|f_{exp\ k} - f_{comp\ k}|}{f_{exp\ k}} \quad (2) $$

Avec δ le critère, f<sub>exp k</sub> la fréquence expérimentale de rang k, et f<sub>comp k</sub> la fréquence calculée de rang k. Ce critère permet de prendre en compte les différences d'échelle entre les fréquences. Ce critère a été minimisé par une méthode d'optimisation adaptée de celle proposée par Nelder-Mead.

## Résultats et discussion

Les résultats complets de cette étude sont en cours de publication. Le Tab. 1 présente les erreurs de calcul des propriétés mécaniques pour 5, 8 et 12 fréquences de résonance sélectionnées et des résolutions de 0,5 ; 1,0 et 1,5 Hz. Les résultats présentent une erreur modérée (de 7% à 11%) pour 5 fréquences de résonance sélectionnées quel que soit la résolution. Les résultats pour huit fréquences présentent une faible variation (erreur de 1%). L'analyse des erreurs sur l'ensemble des 5 propriétés mécaniques (E<sub>x</sub>, E<sub>y</sub>, G<sub>xy</sub>, G<sub>xz</sub>, G<sub>yz</sub>) déterminées par la procédure d'optimisation a montré que les résultats pour 12 fréquences choisies présentent des erreurs les plus faibles lorsque la résolution en fréquence <1,0 Hz. D'une manière générale, lorsque le nombre de fréquences sélectionnées augmente, l'erreur sur les valeurs des propriétés mécaniques diminue. La redondance des informations expérimentales améliore la convergence et la précision de la solution du problème inverse. L'effet de la résolution en fréquence semble être moins important sur la précision que le nombre de fréquences à prendre en compte. Toutefois, on observe que l'erreur sur les propriétés mécaniques augmente à mesure que la résolution de fréquence (erreur en Hz) augmente.

La Fig. 1 présente la relation entre les propriétés mécaniques prédites et mesurées de E<sub>x</sub>. La relation linéaire est statistiquement significative avec un coefficient de détermination de R<sup>2</sup> = 0,77. Pour toutes les cinq propriétés mécaniques (relations non montrées ici), les constantes des
régressions linéaires ne sont pas significatives à une exception près (Fig. 1). Un biais notable est observé pour $E_x$ ; dans ce cas, pour des valeurs faibles de $E_x$, le test acoustique a sous-estimé la valeur de ce paramètre et pour des valeurs élevées, le module $E_x$ a été surestimé. La valeur du module $E_x$ était en moyenne plus élevée que celle de $E_y$ et $G_{xy}$. Les fréquences associées à $E_x$ sont donc élevées, la fréquence la plus faible étant observée pour $G_{xy}$ puis pour $E_y$. Une explication possible du biais observé pour $E_x$ serait l'effet du recouvrement des fréquences entre les harmoniques de torsion ($G_{xy}$) ou de flexion ($E_y$). La différence moyenne entre l'essai acoustique et statique était de 5 %, 8 % et 19 % pour les propriétés mécaniques $E_x$, $E_y$ et $G_{xy}$ respectivement.

<table><caption>Tab. 1 : Erreur relative des propriétés mécaniques calculées (ici $E_x$) induite par la résolution en fréquence et par le nombre de fréquences de résonance utilisées dans la procédure d'optimisation.</caption><thead><tr><th>Nombre de fréquences</th><th>Résolution en fréquence (Hz)</th><th>E<sub>x</sub> Erreur (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>5</td><td>0,5</td><td>11</td></tr><tr><td>5</td><td>1,0</td><td>7</td></tr><tr><td>5</td><td>1,5</td><td>7</td></tr><tr><td>8</td><td>0,5</td><td>1</td></tr><tr><td>8</td><td>1,0</td><td>1</td></tr><tr><td>8</td><td>1,5</td><td>1</td></tr><tr><td>12</td><td>0,5</td><td>1</td></tr><tr><td>12</td><td>1,0</td><td>0</td></tr><tr><td>12</td><td>1,5</td><td>6</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_87.png" /><figcaption>Fig. 1 : Comparaison entre essais acoustiques (en bleu) et statiques pour $E_x$. En rouge, la comparaison entre des essais BING et statiques sur des découpes de panneaux (non discutée ici). $E_x$ NDE = 1,97 $E_x$ Static - 8108 ; $R^2$ = 0,77.</figcaption></figure>

## Conclusion

Cet article de synthèse présente le développement et l'évaluation d'un système de contrôle non destructif pour le classement en ligne des panneaux CLT. Dans le cadre de cette étude, plusieurs approches ont été présentées pour valider la méthode expérimentale et l'inversion du modèle numérique. La convergence du modèle dépendait fortement de l'identification correcte des fréquences de résonance pour les propriétés mécaniques recherchées. Le nombre des fréquences sélectionnées a également été étudié pour tester leur influence sur la précision de la convergence. L'analyse de sensibilité a montré que l'erreur de prédiction diminuait avec l'augmentation du nombre de fréquences sélectionnées. L'étape de validation par le biais
régressions linéaires ne sont pas significatives à une exception près (Fig. 1). Un biais notable est observé pour $E_x$ ; dans ce cas, pour des valeurs faibles de $E_x$, le test acoustique a sous-estimé la valeur de ce paramètre et pour des valeurs élevées, le module $E_x$ a été surestimé. La valeur du module $E_x$ était en moyenne plus élevée que celle de $E_y$ et $G_{xy}$. Les fréquences associées à $E_x$ sont donc élevées, la fréquence la plus faible étant observée pour $G_{xy}$ puis pour $E_y$. Une explication possible du biais observé pour $E_x$ serait l'effet du recouvrement des fréquences entre les harmoniques de torsion ($G_{xy}$) ou de flexion ($E_y$). La différence moyenne entre l'essai acoustique et statique était de 5 %, 8 % et 19 % pour les propriétés mécaniques $E_x$, $E_y$ et $G_{xy}$ respectivement.

<table><caption>Tab. 1 : Erreur relative des propriétés mécaniques calculées (ici $E_x$) induite par la résolution en fréquence et par le nombre de fréquences de résonance utilisées dans la procédure d'optimisation.</caption><thead><tr><th>Nombre de fréquences</th><th>Résolution en fréquence (Hz)</th><th>E<sub>x</sub> Erreur (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>5</td><td>0,5</td><td>11</td></tr><tr><td>5</td><td>1,0</td><td>7</td></tr><tr><td>5</td><td>1,5</td><td>7</td></tr><tr><td>8</td><td>0,5</td><td>1</td></tr><tr><td>8</td><td>1,0</td><td>1</td></tr><tr><td>8</td><td>1,5</td><td>1</td></tr><tr><td>12</td><td>0,5</td><td>1</td></tr><tr><td>12</td><td>1,0</td><td>0</td></tr><tr><td>12</td><td>1,5</td><td>6</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_88.png" /><figcaption>Fig. 1 : Comparaison entre essais acoustiques (en bleu) et statiques pour $E_x$. En rouge, la comparaison entre des essais BING et statiques sur des découpes de panneaux (non discutée ici). $E_x$ NDE = 1,97 $E_x$ Static - 8108 ; $R^2$ = 0,77.</figcaption></figure>

## Conclusion

Cet article de synthèse présente le développement et l'évaluation d'un système de contrôle non destructif pour le classement en ligne des panneaux CLT. Dans le cadre de cette étude, plusieurs approches ont été présentées pour valider la méthode expérimentale et l'inversion du modèle numérique. La convergence du modèle dépendait fortement de l'identification correcte des fréquences de résonance pour les propriétés mécaniques recherchées. Le nombre des fréquences sélectionnées a également été étudié pour tester leur influence sur la précision de la convergence. L'analyse de sensibilité a montré que l'erreur de prédiction diminuait avec l'augmentation du nombre de fréquences sélectionnées. L'étape de validation par le biais
d'essais statiques a indiqué de fortes relations entre les valeurs statiques et vibratoires pour E<sub>x</sub>, E<sub>y</sub> et G<sub>xy</sub>. La différence moyenne entre ces deux types d'essais était de 5 %, 8 % et 19 % pour les propriétés mécaniques E<sub>x</sub>, E<sub>y</sub> et G<sub>xy</sub> respectivement. Les écarts mis en évidence ont montré qu'une identification correcte de la valeur et du rang des fréquences de résonance était nécessaire et que cette identification avait tendance à être moins efficace pour les modes supérieurs en raison de l'effet de recouvrement de ces modes. Pour les basses fréquences, c'est la résolution fréquentielle qui est un paramètre clef dans la convergence du modèle.

## Remerciements

Les chercheurs remercient le Centre for Future Timber Structures (CFTS - IH150100030) et l'Australian Research Council (ARC) pour le financement de ce projet. Les auteurs souhaitent remercier la société XLam Australia Pty Ltd. pour son soutien et la fourniture du matériel qui ont permis de maintenir l'orientation et l'applicabilité de l'étude. Nous remercions le Dr. Henri Baillères pour sa contribution à l'étude et sa connaissance approfondie de l'industrie et des méthodes d'END.

## Références

Brancheriau L. (2022) Acoustic vibration modelling of wooden thick orthotropic plates. CIRAD Dataverse, doi: https://doi.org/10.18167/DVN1/2VOPIL.

Brancheriau L., Bailleres H. (2002) Natural Vibration Analysis of Clear Wooden Beams: A theoretical Review. Wood Science and Technology, vol. 36, pp. 347-365, doi: 10.1007/s00226-002-0143-7.

Brandner R. (2013) Production and Technology of Cross Laminated Timber (CLT): A state-of-the-art Report. European Conference on Cross Laminated Timber (CLT), vol. 1.

Bucar D.G., Bucar B. (2011) Strength grading of structural timber using the single mode transverse damped vibration method. Wood Research, vol. 56, no. 1, pp. 67-76.

Faircloth A., Brancheriau L., Karampour H., So S., Bailleres H., Kumar K. (2021) Experimental Modal Analysis of Appropriate Boundary Conditions for the Evaluation of Cross-Laminated Timber Panels for an In-line Approach. Forest Products Journal, vol. 71, no. 2, pp. 161-170, doi:10.13073/FPJ-D-20-00062.

Kremer P., Symmons M. (2018) Perceived Barriers to the Widespread Adoption of Mass Timber Construction: An Australian Construction Industry Case Study. Mass Timber Construction Journal, vol. 1, pp. 1-8.

McGavin R.L., Dakin T., Shanks J. (2020) Mass-timber Construction in Australia: Is CLT the only answer? BioResources, vol. 15(3), pp. 4642-4645.

Ross J.R. (2015) Nondestructive Evaluation of Wood: Second Edition. General technical report FPL-GTR-238, vol. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 169p.

Shirmohammadi M., Faircloth A., Redman A. (2020) Determining acoustic and mechanical properties of Australian native hardwood species for guitar fretboard production. European Journal of Wood and Wood Products, vol. 78, pp. 1161-1171.

Wang J.Y., Stirling R., Paul I. Morris P.I., Taylor A., Lloyd J., Kirker G., Lebow S., Mankowski M., Barnes H.M., Morrell J.J. (2018) Durability of Mass Timber Structures: A review of the biological risks. Wood and Fiber Science, 50:110-127.
d'essais statiques a indiqué de fortes relations entre les valeurs statiques et vibratoires pour E<sub>x</sub>, E<sub>y</sub> et G<sub>xy</sub>. La différence moyenne entre ces deux types d'essais était de 5 %, 8 % et 19 % pour les propriétés mécaniques E<sub>x</sub>, E<sub>y</sub> et G<sub>xy</sub> respectivement. Les écarts mis en évidence ont montré qu'une identification correcte de la valeur et du rang des fréquences de résonance était nécessaire et que cette identification avait tendance à être moins efficace pour les modes supérieurs en raison de l'effet de recouvrement de ces modes. Pour les basses fréquences, c'est la résolution fréquentielle qui est un paramètre clef dans la convergence du modèle.

## Remerciements

Les chercheurs remercient le Centre for Future Timber Structures (CFTS - IH150100030) et l'Australian Research Council (ARC) pour le financement de ce projet. Les auteurs souhaitent remercier la société XLam Australia Pty Ltd. pour son soutien et la fourniture du matériel qui ont permis de maintenir l'orientation et l'applicabilité de l'étude. Nous remercions le Dr. Henri Baillères pour sa contribution à l'étude et sa connaissance approfondie de l'industrie et des méthodes d'END.

## Références

Brancheriau L. (2022) Acoustic vibration modelling of wooden thick orthotropic plates. CIRAD Dataverse, doi: https://doi.org/10.18167/DVN1/2VOPIL.

Brancheriau L., Bailleres H. (2002) Natural Vibration Analysis of Clear Wooden Beams: A theoretical Review. Wood Science and Technology, vol. 36, pp. 347-365, doi: 10.1007/s00226-002-0143-7.

Brandner R. (2013) Production and Technology of Cross Laminated Timber (CLT): A state-of-the-art Report. European Conference on Cross Laminated Timber (CLT), vol. 1.

Bucar D.G., Bucar B. (2011) Strength grading of structural timber using the single mode transverse damped vibration method. Wood Research, vol. 56, no. 1, pp. 67-76.

Faircloth A., Brancheriau L., Karampour H., So S., Bailleres H., Kumar K. (2021) Experimental Modal Analysis of Appropriate Boundary Conditions for the Evaluation of Cross-Laminated Timber Panels for an In-line Approach. Forest Products Journal, vol. 71, no. 2, pp. 161-170, doi:10.13073/FPJ-D-20-00062.

Kremer P., Symmons M. (2018) Perceived Barriers to the Widespread Adoption of Mass Timber Construction: An Australian Construction Industry Case Study. Mass Timber Construction Journal, vol. 1, pp. 1-8.

McGavin R.L., Dakin T., Shanks J. (2020) Mass-timber Construction in Australia: Is CLT the only answer? BioResources, vol. 15(3), pp. 4642-4645.

Ross J.R. (2015) Nondestructive Evaluation of Wood: Second Edition. General technical report FPL-GTR-238, vol. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 169p.

Shirmohammadi M., Faircloth A., Redman A. (2020) Determining acoustic and mechanical properties of Australian native hardwood species for guitar fretboard production. European Journal of Wood and Wood Products, vol. 78, pp. 1161-1171.

Wang J.Y., Stirling R., Paul I. Morris P.I., Taylor A., Lloyd J., Kirker G., Lebow S., Mankowski M., Barnes H.M., Morrell J.J. (2018) Durability of Mass Timber Structures: A review of the biological risks. Wood and Fiber Science, 50:110-127.
# Utilisation de la spectroscopie proche-infrarouge portable sur terrain pour l'identification des bois précieux de Madagascar et de ses potentiels bois de substitution en vue de leurs gestions durables

RANDRIAMBININTSOA Tiavina¹, RASOAMANANA Lalaina Patricia¹, CHAIX Gilles²,
RAMANANANTOANDRO Tahiana¹

¹Université d'Antananarivo, Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, Mention
Foresterie et Environnement, Antananarivo 101, Madagascar

²UMR AGAP Institut, Université de Montpellier, CIRAD, INRAE, Institut Agro, Montpellier,
France

[randriambinintsoat@gmail.com](mailto:randriambinintsoat@gmail.com)

**Mots clefs** : spectrométrie proche infrarouge ; portable ; terrain ; discrimination ; bois précieux ; bois de substitutions ; Madagascar.

## Contexte et objectifs

Les bois précieux de Madagascar appartenant aux genres *Dalbergia* et *Diospyros*, constituent une catégorie de produits ligneux très appréciés et fortement commercialisés en raison de diverses qualités intrinsèques intéressantes dont principalement la densité, la faible porosité, la durabilité et la couleur (Schuurman et Lowry 2009, Randriamalala et al. 2010, Barret et al. 2010, Ramananantoandro et al. 2013, Degen et al. 2013). Une recrudescence importante de leur exploitation illicite a été rencontrée ces dernières années malgré maintes balises réglementaires mises en place. En effet, le commerce illégal de ces bois précieux s'est poursuivi sans relâche, car les permis sont fréquemment falsifiés pour indiquer que le bois expédié a une origine différente ou identifié sous un faux nom afin d'éviter les difficultés aux points de contrôle dans les ports de transfert (Hassold et al. 2016). Il est alors difficile d'appliquer les règlementations CITES et d'instaurer un Avis de Commerce Non Préjudiciable en vue de la gestion durable de ces ressources en bois précieux de Madagascar sans un outil d'aide pour permettre leurs identifications. Il est alors primordial pour les services forestiers d'avoir la capacité d'identifier les espèces exploitées pour vérifier si ce sont des espèces autorisées à l'exploitation, en sortie de forêt, durant le transport, lors de la vente et/ou avant l'exportation.

Des études ont déjà été faites avec l'utilisation de la SPIR dans des conditions en laboratoire dans le but d'identifier les essences de bois précieux à partir de spectre de bois uniquement. Les résultats obtenus ont été très prometteurs, avec l'utilisation du DLP® NIRscan™ Nano (Texas instruments Inc., Texas, USA). En vue de pouvoir utiliser la SPIR sur le terrain, l'équipe a travaillé sur un autre spectromètre portatif similaire au NanoNIR qui est l'innospectra NIR-S-G1, car ce spectromètre reflète plus nos attentes en vue de l'utilisation de la SPIR en tant qu'outil portable sur terrain. En effet, l'innospectra est doté d'une connexion Bluetooth et peut par conséquent être utilisé directement avec un smartphone (sans besoin de câble ni d'ordinateur). Il possède aussi une coque externe assurant sa protection.

Des micro-carottes de bois appartenant aux genres *Dalbergia* et *Diospyros* et à 6 autres espèces de substitutions potentielles ont été prélevées dans les forêts malgaches. En premier lieu, des spectres des échantillons ont été mesurés avec le NanoNIR. En deuxième lieu, des modèles de discrimination SPIR ont été étalonnés à partir des spectres d'absorbance mesurés sur les échantillons. En troisième lieu, les modèles ont été embarqués dans des smartphones Android
# Utilisation de la spectroscopie proche-infrarouge portable sur terrain pour l'identification des bois précieux de Madagascar et de ses potentiels bois de substitution en vue de leurs gestions durables

RANDRIAMBININTSOA Tiavina¹, RASOAMANANA Lalaina Patricia¹, CHAIX Gilles²,
RAMANANANTOANDRO Tahiana¹

¹Université d'Antananarivo, Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, Mention
Foresterie et Environnement, Antananarivo 101, Madagascar

²UMR AGAP Institut, Université de Montpellier, CIRAD, INRAE, Institut Agro, Montpellier,
France

[randriambinintsoat@gmail.com](mailto:randriambinintsoat@gmail.com)

**Mots clefs** : spectrométrie proche infrarouge ; portable ; terrain ; discrimination ; bois précieux ; bois de substitutions ; Madagascar.

## Contexte et objectifs

Les bois précieux de Madagascar appartenant aux genres *Dalbergia* et *Diospyros*, constituent une catégorie de produits ligneux très appréciés et fortement commercialisés en raison de diverses qualités intrinsèques intéressantes dont principalement la densité, la faible porosité, la durabilité et la couleur (Schuurman et Lowry 2009, Randriamalala et al. 2010, Barret et al. 2010, Ramananantoandro et al. 2013, Degen et al. 2013). Une recrudescence importante de leur exploitation illicite a été rencontrée ces dernières années malgré maintes balises réglementaires mises en place. En effet, le commerce illégal de ces bois précieux s'est poursuivi sans relâche, car les permis sont fréquemment falsifiés pour indiquer que le bois expédié a une origine différente ou identifié sous un faux nom afin d'éviter les difficultés aux points de contrôle dans les ports de transfert (Hassold et al. 2016). Il est alors difficile d'appliquer les règlementations CITES et d'instaurer un Avis de Commerce Non Préjudiciable en vue de la gestion durable de ces ressources en bois précieux de Madagascar sans un outil d'aide pour permettre leurs identifications. Il est alors primordial pour les services forestiers d'avoir la capacité d'identifier les espèces exploitées pour vérifier si ce sont des espèces autorisées à l'exploitation, en sortie de forêt, durant le transport, lors de la vente et/ou avant l'exportation.

Des études ont déjà été faites avec l'utilisation de la SPIR dans des conditions en laboratoire dans le but d'identifier les essences de bois précieux à partir de spectre de bois uniquement. Les résultats obtenus ont été très prometteurs, avec l'utilisation du DLP® NIRscan™ Nano (Texas instruments Inc., Texas, USA). En vue de pouvoir utiliser la SPIR sur le terrain, l'équipe a travaillé sur un autre spectromètre portatif similaire au NanoNIR qui est l'innospectra NIR-S-G1, car ce spectromètre reflète plus nos attentes en vue de l'utilisation de la SPIR en tant qu'outil portable sur terrain. En effet, l'innospectra est doté d'une connexion Bluetooth et peut par conséquent être utilisé directement avec un smartphone (sans besoin de câble ni d'ordinateur). Il possède aussi une coque externe assurant sa protection.

Des micro-carottes de bois appartenant aux genres *Dalbergia* et *Diospyros* et à 6 autres espèces de substitutions potentielles ont été prélevées dans les forêts malgaches. En premier lieu, des spectres des échantillons ont été mesurés avec le NanoNIR. En deuxième lieu, des modèles de discrimination SPIR ont été étalonnés à partir des spectres d'absorbance mesurés sur les échantillons. En troisième lieu, les modèles ont été embarqués dans des smartphones Android
afin de pouvoir les utiliser directement en terrain (dans des conditions hors laboratoire) avec l'innospectra NIR-SG1.

# Matériels et méthode

## Appareils de mesure

Pour cette étude, un appareil portatif a été utilisé pour la mesure de spectres sur les micro-carottes de bois : le DLP® NIRscan™ Nano (Texas instruments Inc., Texas, USA, Fig. 1). En fait, l'équipe avait travaillé sur un autre spectromètre portatif auparavant qui est le Viavi MicroNIR 1700ES (Viavi Solutions, Milpitas, CA, USA). Mais la comparaison entre le MicroNIR et le NanoNIR a montré des potentialités égales entre les deux appareils alors que le NanoNIR est moins couteux.

Pour l'utilisation sur le terrain, un appareil portatif similaire au précédent, qui peut être couplé par Bluetooth avec un smartphone, a été utilisé : le micro NIR spectrometer (NIR-S-G1 ; InnoSpectra Corporation, Taiwan, China, Fig. 2).

<figure><img src="image_88.png" /><figcaption>Fig. 1 : DLP® NIRscan™ Nano (Texas instruments Inc., Texas, USA)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_89.png" /><figcaption>Fig. 2 : micro NIR spectrometer (NIR-S-SG1; InnoSpectra Corporation, Taiwan, China).</figcaption></figure>

Les deux appareils couvrent une longueur d'onde de 900 à 1700 nm (Fig. 3).

<figure><img src="image_90.png" /><figcaption>Fig. 3 : longueurs d'onde couvertes selon le capteur de chaque spectromètre</figcaption></figure>

## Echantillons d'étude

L'étude s'est focalisée sur des microcarottes de bois : 99 Dalbergia ; 107 Diospyros et 103 bois de substitutions. Et aussi sur deux régions de Madagascar bien précises : la région MaMaBaie (Makira - Masoala - Baie d'Antongil, Tab. 1) au nord-est de Madagascar et la région Menabe (Tab. 2) dans le sud-ouest de l'île.

## Méthodologie

Afin de considérer et pouvoir traiter les facteurs liés à l'humidité du bois, les échantillons de micro-carottes ont été conditionnés sous différents états d'humidité : d'abord à 12% puis à 20% dans une enceinte climatique. Par la suite, comme l'enceinte climatique dont nous disposons au laboratoire ne pouvait pas aller au-delà de 20% d'humidité, on a opté pour l'immersion des échantillons dans de l'eau distillée pendant un certain nombre de jours. 2 états d'humidité ont été considérés. Un état directement après l'immersion et un autre 7 heures après séchage de l'échantillon à l'air libre. Le NanoNIR Texas a été ensuite utilisé afin de mesurer 6 spectres d'absorbances sur la partie duramen de chaque échantillon stabilisé.
afin de pouvoir les utiliser directement en terrain (dans des conditions hors laboratoire) avec l'innospectra NIR-SG1.

# Matériels et méthode

## Appareils de mesure

Pour cette étude, un appareil portatif a été utilisé pour la mesure de spectres sur les micro-carottes de bois : le DLP® NIRscan™ Nano (Texas instruments Inc., Texas, USA, Fig. 1). En fait, l'équipe avait travaillé sur un autre spectromètre portatif auparavant qui est le Viavi MicroNIR 1700ES (Viavi Solutions, Milpitas, CA, USA). Mais la comparaison entre le MicroNIR et le NanoNIR a montré des potentialités égales entre les deux appareils alors que le NanoNIR est moins couteux.

Pour l'utilisation sur le terrain, un appareil portatif similaire au précédent, qui peut être couplé par Bluetooth avec un smartphone, a été utilisé : le micro NIR spectrometer (NIR-S-G1 ; InnoSpectra Corporation, Taiwan, China, Fig. 2).

<figure><img src="image_89.png" /><figcaption>Fig. 1 : DLP® NIRscan™ Nano (Texas instruments Inc., Texas, USA)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_90.png" /><figcaption>Fig. 2 : micro NIR spectrometer (NIR-S-SG1; InnoSpectra Corporation, Taiwan, China).</figcaption></figure>

Les deux appareils couvrent une longueur d'onde de 900 à 1700 nm (Fig. 3).

<figure><img src="image_91.png" /><figcaption>Fig. 3 : longueurs d'onde couvertes selon le capteur de chaque spectromètre</figcaption></figure>

## Echantillons d'étude

L'étude s'est focalisée sur des microcarottes de bois : 99 Dalbergia ; 107 Diospyros et 103 bois de substitutions. Et aussi sur deux régions de Madagascar bien précises : la région MaMaBaie (Makira - Masoala - Baie d'Antongil, Tab. 1) au nord-est de Madagascar et la région Menabe (Tab. 2) dans le sud-ouest de l'île.

## Méthodologie

Afin de considérer et pouvoir traiter les facteurs liés à l'humidité du bois, les échantillons de micro-carottes ont été conditionnés sous différents états d'humidité : d'abord à 12% puis à 20% dans une enceinte climatique. Par la suite, comme l'enceinte climatique dont nous disposons au laboratoire ne pouvait pas aller au-delà de 20% d'humidité, on a opté pour l'immersion des échantillons dans de l'eau distillée pendant un certain nombre de jours. 2 états d'humidité ont été considérés. Un état directement après l'immersion et un autre 7 heures après séchage de l'échantillon à l'air libre. Le NanoNIR Texas a été ensuite utilisé afin de mesurer 6 spectres d'absorbances sur la partie duramen de chaque échantillon stabilisé.
Au total, 7 modèles de discrimination ont ensuite été étalonnés avec les échantillons à 12% d'humidité sur le logiciel RStudio en utilisant l'algorithme PLS-DA du package rchemo. La correction EPO (« External Parameter Orthogonalisation ») a été ensuite utilisée pour corriger les modèles et les rendre plus robuste face à la variation de l'humidité des bois, reflétant les conditions réelles rencontrées sur terrain où l'humidité est un facteur d'influence non contrôlable. Le premier modèle est étalonné pour pouvoir identifier à quel genre appartient ou appartiennent le(s) spectre(s) mesuré(s). Les 6 autres modèles (3 modèles par région) seront lancés en fonction du résultat d'identification du premier modèle. Autrement dit : le modèle qui va identifier l'espèce dans le genre *Dalbergia* (modèle 1) ou *Diospyros* (modèle 2) ou substitution (modèle 3) sera lancé suivant le résultat du premier modèle et suivant le choix de la région (Mamabaie ou Menabe).

<table><caption>Tab. 1 : effectifs des micro carottes utilisées et regroupées selon l'espèce (région Menabe)</caption><thead><tr><th>Genres</th><th colspan="4">Dalbergia</th><th colspan="5">Diospyros</th><th colspan="3">Autres (substitutions)</th></tr></thead><tbody><tr><th>Espèces</th><td>lemurica</td><td>greveana</td><td>chlorocarpa</td><td>chermezonii</td><td>aculeata</td><td>humbertiana</td><td>mapingo</td><td>pervilleana</td><td>platycalyx</td><td>torquata</td><td>Neobeguea_</td><td>mahafalienss</td></tr><tr><th>Nb d'échantillons</th><td>14</td><td>26</td><td>11</td><td>8</td><td>16</td><td>9</td><td>16</td><td>9</td><td>17</td><td>9</td><td>20</td><td>22</td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tab. 2 : effectifs des micro carottes utilisées et regroupées selon l'espèce (région Mamabaie)</caption><thead><tr><th>Genres</th><th colspan="3">Dalbergia</th><th colspan="3">Diospyros</th><th colspan="3">Autres (substitutions)</th></tr></thead><tbody><tr><th>Espèces</th><td>baronii</td><td>Madascariensis<br>antongilensis</td><td>Madascariensis<br>madagascariensis</td><td>clusiifolia</td><td>haplostylis</td><td>toxicaria</td><td>Intsia_bijuga</td><td>Mimusops<br>masoalensis</td><td>Uapacca_thouarsii</td></tr><tr><th>Nb d'échantillons</th><td>18</td><td>13</td><td>9</td><td>11</td><td>12</td><td>7</td><td>17</td><td>10</td><td>17</td></tr></tbody></table>

Ces modèles, sous forme de scripts R, ont été embarqués dans des smartphones en recherchant le moyen le plus simple compatible avec un système Android. Les scripts R sont des lignes de codes développées sur ordinateur avec le logiciel de traitement de données statistiques RStudio. Nous avons opté pour UserLand (un émulateur linux) afin de permettre l'intégration, dans les smartphones, des lignes de code de R de l'ordinateur. Une application par défaut ISCNIRScan (disponible sur Google Playstore) permet de commander le spectromètre NIR-SG1 par Bluetooth via a smartphone Android et de mesurer des spectres sur un échantillon. Les modèles qui ont été embarqués dans les smartphones sont ensuite lancés via l'émulateur UserLand pour déterminer d'abord le genre puis l'espèce auxquelles appartiennent ce(s) spectre(s) mesuré(s). Toutes ces étapes ont été résumées dans une seule application Android dont la conception a respecté la simplicité et la rapidité pour que les agents de contrôles puissent vraiment utiliser la SPIR de la manière la plus efficace sur le terrain.

## Résultats et discussions

La performance des modèles étalonnés à partir des 6 spectres d'absorbance mesurés sur les micro carottes de bois est démontrée avec les résultats des Tab. 3 et 4.
Au total, 7 modèles de discrimination ont ensuite été étalonnés avec les échantillons à 12% d'humidité sur le logiciel RStudio en utilisant l'algorithmme PLS-DA du package rchemo. La correction EPO (« External Parameter Orthogonalisation ») a été ensuite utilisée pour corriger les modèles et les rendre plus robuste face à la variation de l'humidité des bois, reflétant les conditions réelles rencontrées sur terrain où l'humidité est un facteur d'influence non contrôlable. Le premier modèle est étalonné pour pouvoir identifier à quel genre appartient ou appartiennent le(s) spectre(s) mesuré(s). Les 6 autres modèles (3 modèles par région) seront lancés en fonction du résultat d'identification du premier modèle. Autrement dit : le modèle qui va identifier l'espèce dans le genre *Dalbergia* (modèle 1) ou *Diospyros* (modèle 2) ou substitution (modèle 3) sera lancé suivant le résultat du premier modèle et suivant le choix de la région (Mamabaie ou Menabe).

<table><caption>Tab. 1 : effectifs des micro carottes utilisées et regroupées selon l'espèce (région Menabe)</caption><thead><tr><th>Genres</th><th colspan="4">Dalbergia</th><th colspan="6">Diospyros</th><th colspan="3">Autres (substitutions)</th></tr></thead><tbody><tr><th>Espèces</th><td>lemurica</td><td>greveana</td><td>chlorocarpa</td><td>chermezonii</td><td>aculeata</td><td>humbertiana</td><td>mapingo</td><td>pervilleana</td><td>platycalyx</td><td>torquata</td><td>Neobeguea_</td><td>mahafalienss</td><td>Tetrapteroca</td><td>rpone_geayi</td><td>Cordyla_</td><td>madagascari</td></tr><tr><th>Nb d'échantillons</th><td>14</td><td>26</td><td>11</td><td>8</td><td>16</td><td>9</td><td>16</td><td>9</td><td>17</td><td>9</td><td>20</td><td>22</td><td>19</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tab. 2 : effectifs des micro carottes utilisées et regroupées selon l'espèce (région Mamabaie)</caption><thead><tr><th>Genres</th><th colspan="3">Dalbergia</th><th colspan="3">Diospyros</th><th colspan="3">Autres (substitutions)</th></tr></thead><tbody><tr><th>Espèces</th><td>baronii</td><td>Madascariensis<br>antongilensis</td><td>Madascariensis<br>madagascariensis</td><td>clusiifolia</td><td>haplostylis</td><td>toxicaria</td><td>Intsia_bijuga</td><td>Mimusops<br>masoalensis</td><td>Uapacca_thouarsii</td></tr><tr><th>Nb d'échantillons</th><td>18</td><td>13</td><td>9</td><td>11</td><td>12</td><td>7</td><td>17</td><td>10</td><td>17</td></tr></tbody></table>

Ces modèles, sous forme de scripts R, ont été embarqués dans des smartphones en recherchant le moyen le plus simple compatible avec un système Android. Les scripts R sont des lignes de codes développées sur ordinateur avec le logiciel de traitement de données statistiques RStudio. Nous avons opté pour UserLand (un émulateur linux) afin de permettre l'intégration, dans les smartphones, des lignes de code de R de l'ordinateur. Une application par défaut ISCNIRScan (disponible sur Google Playstore) permet de commander le spectromètre NIR-SG1 par Bluetooth via un smartphone Android et de mesurer des spectres sur un échantillon. Les modèles qui ont été embarqués dans les smartphones sont ensuite lancés via l'émulateur UserLand pour déterminer d'abord le genre puis l'espèce auxquelles appartiennent ce(s) spectre(s) mesuré(s). Toutes ces étapes ont été résumées dans une seule application Android dont la conception a respecté la simplicité et la rapidité pour que les agents de contrôles puissent vraiment utiliser la SPIR de la manière la plus efficace sur le terrain.

## Résultats et discussions

La performance des modèles étalonnés à partir des 6 spectres d'absorbance mesurés sur les micro carottes de bois est démontrée avec les résultats des Tab. 3 et 4.
<table><caption>Tab. 3 : performances de la SPIR pour l'identification des bois (région Menabe)</caption><thead><tr><th></th><th>Dalbergia</th><th>Diospyros</th><th>Autres (substitution)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nombre d'espèces / d'échantillons</td><td>4 / 59</td><td>6 / 50</td><td>3 / 61</td></tr><tr><td>Prétraitements/dimension des modèles</td><td>Savgol1-snv/26 VD</td><td>Savgol / 11 VD</td><td>Savgol / 15 VD</td></tr><tr><td>Pourcentage de bien classés avant EPO</td><td>45,14</td><td>47,23</td><td>98,4</td></tr><tr><td>Valeur de k</td><td>16</td><td>7</td><td>8</td></tr><tr><td>Pourcentage de bien classés après EPO</td><td>48,27</td><td>62,5</td><td>96,6</td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tab. 4 : performances de la SPIR pour l'identification des bois (région Mamabaie)</caption><thead><tr><th></th><th>Dalbergia</th><th>Diospyros</th><th>Autres (substitution)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nombre d'espèces / d'échantillons</td><td>3 / 40</td><td>3 / 30</td><td>3 / 44</td></tr><tr><td>Prétraitements/dimension des modèles</td><td>Savgol / 15 VD</td><td>Savgol1 / 10 VD</td><td>Savgol2-Snv / 10 VD</td></tr><tr><td>Pourcentage de bien classés</td><td>43,89</td><td>58,92</td><td>91,7</td></tr><tr><td>Valeur de k</td><td>11</td><td>7</td><td>5</td></tr><tr><td>Pourcentage de bien classés après EPO</td><td>38,34</td><td>54,04</td><td>95</td></tr></tbody></table>

Légendes :

- Savgol1-snv : prétraitement des spectres par lissage et première dérivée de Savitzky Golay suivi d'un prétraitement par "Standard Normal Variate »

- Savgol : prétraitement des spectres par lissage et sans dérivation de Savitzky Golay

- VD : nombre de variable discriminante reflétant la dimension du modèle

- k : dimensions de perturbations à retirer par EPO

- EPO : « External Parameters Orthogonalization »

Les modèles étalonnés arrivent difficilement à identifier les micro carottes appartenant aux genres *Dalbergia* et *Diospyros*. Tandis que pour les espèces de substitutions, les modèles arrivent à bien les discriminer à plus de 90% de bien classé. Ceci peut surtout être expliqué par le fait que les bois de substitutions étudiés ici appartiennent à des genres différents : *Cordyla madagascariensis*, *Neobeguea mahafaliensis*, *Tetrapterocarpon geayi* (pour la région Menabe) et *Intsia bijuga*, *Mimusops masoalensis*, *Uapaca thouarsii* (pour la région Mamabaie).

Les modèles embarqués dans le smartphone peuvent par la suite être directement utilisés avec l'innospectra connecté par Bluetooth pour des identifications.

Conclusion et perspectives

Les modèles étalonnés en laboratoire sont portables grâce à l'évolution des spectromètres qui peuvent actuellement être connectés par Bluetooth. En effet, au lieu d'utiliser des spectromètres nécessitant d'être reliés avec un câble sur un ordinateur, les smartphones peuvent aujourd'hui être sollicités car il est possible d'y embarquer les modèles d'identifications et d'utiliser des spectromètres par connexion Bluetooth (Fig. 4). Comme le but principal de l'étude est de pouvoir directement utiliser la méthode de discrimination des espèces sur terrain, d'autres paramètres méritent d'être considérés comme le transfert d'étalonnage entre les deux spectromètres, ainsi que l'influence de la forme des échantillons.
<table><caption>Tab. 3 : performances de la SPIR pour l'identification des bois (région Menabe)</caption><thead><tr><th></th><th>Dalbergia</th><th>Diospyros</th><th>Autres (substitution)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nombre d'espèces / d'échantillons</td><td>4 / 59</td><td>6 / 50</td><td>3 / 61</td></tr><tr><td>Prétraitements/dimension des modèles</td><td>Savgol1-snv/26 VD</td><td>Savgol / 11 VD</td><td>Savgol / 15 VD</td></tr><tr><td>Pourcentage de bien classés avant EPO</td><td>45,14</td><td>47,23</td><td>98,4</td></tr><tr><td>Valeur de k</td><td>16</td><td>7</td><td>8</td></tr><tr><td>Pourcentage de bien classés après EPO</td><td>48,27</td><td>62,5</td><td>96,6</td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tab. 4 : performances de la SPIR pour l'identification des bois (région Mamabaie)</caption><thead><tr><th></th><th>Dalbergia</th><th>Diospyros</th><th>Autres (substitution)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nombre d'espèces / d'échantillons</td><td>3 / 40</td><td>3 / 30</td><td>3 / 44</td></tr><tr><td>Prétraitements/dimension des modèles</td><td>Savgol / 15 VD</td><td>Savgol1 / 10 VD</td><td>Savgol2-Snv / 10 VD</td></tr><tr><td>Pourcentage de bien classés</td><td>43,89</td><td>58,92</td><td>91,7</td></tr><tr><td>Valeur de k</td><td>11</td><td>7</td><td>5</td></tr><tr><td>Pourcentage de bien classés après EPO</td><td>38,34</td><td>54,04</td><td>95</td></tr></tbody></table>

Légendes :

- Savgol1-snv : prétraitement des spectres par lissage et première dérivée de Savitzky Golay suivi d'un prétraitement par "Standard Normal Variate »

- Savgol : prétraitement des spectres par lissage et sans dérivation de Savitzky Golay

- VD : nombre de variable discriminante reflétant la dimension du modèle

- k : dimensions de perturbations à retirer par EPO

- EPO : « External Parameters Orthogonalization »

Les modèles étalonnés arrivent difficilement à identifier les micro carottes appartenant aux genres *Dalbergia* et *Diospyros*. Tandis que pour les espèces de substitutions, les modèles arrivent à bien les discriminer à plus de 90% de bien classé. Ceci peut surtout être expliqué par le fait que les bois de substitutions étudiés ici appartiennent à des genres différents : *Cordyla madagascariensis*, *Neobeguea mahafaliensis*, *Tetrapterocarpon geayi* (pour la région Menabe) et *Intsia bijuga*, *Mimusops masoalensis*, *Uapaca thouarsii* (pour la région Mamabaie).

Les modèles embarqués dans le smartphone peuvent par la suite être directement utilisés avec l'innospectra connecté par Bluetooth pour des identifications.

Conclusion et perspectives

Les modèles étalonnés en laboratoire sont portables grâce à l'évolution des spectromètres qui peuvent actuellement être connectés par Bluetooth. En effet, au lieu d'utiliser des spectromètres nécessitant d'être reliés avec un câble sur un ordinateur, les smartphones peuvent aujourd'hui être sollicités car il est possible d'y embarquer les modèles d'identifications et d'utiliser des spectromètres par connexion Bluetooth (Fig. 4). Comme le but principal de l'étude est de pouvoir directement utiliser la méthode de discrimination des espèces sur terrain, d'autres paramètres méritent d'être considérés comme le transfert d'étalonnage entre les deux spectromètres, ainsi que l'influence de la forme des échantillons.
<figure><img src="image_91.png" /><figcaption>Fig. 4 : utilisation des modèles de discrimination à partir d'un smartphone et d'un spectromètre portable innospectra</figcaption></figure>

## Remerciements

Vifs remerciements aux équipes de recherche au sein desquelles se déroulent cette étude : Laboratoire des Sciences du bois (Mention Foresterie et Environnement, Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques ; Université d'Antananarivo - Madagascar) ; Plateforme d'histocytologie et d'imagerie cellulaire végétale PHIV (UMR Agap et BPMP) ; Plateau de phénotypage biochimique PPB (UMR Agap), Montpellier, France. La thèse de doctorat de L.P. Rasoamanana est financée par le projet FID2D (Field Identification tool for *Dalbergia*, *Diospyros* and six substitute species) qui est financé l'USAID (United States Agency for International Development) à travers le WRI (World resources Institute) et le projet Hay Tao, et par l'OWSD (Organization for Women in Science for the Developing World). Cette étude est rendue possible grâce au soutien du peuple américain par l'intermédiaire de l'USAID et ne reflètent pas nécessairement les vues de l'USAID ou du gouvernement des États-Unis.

## Références

Barrett MA, Brown JL, Morikawa MK, Labat J-N, Yoder AD (2010) CITES designation for endangered rosewood in Madagascar. *Science*, 328:1109–1110. pmid:20508116

Degen B, Ward SE, Lemes MR, Navarro C, Cavers S, Sebbenn AM (2013) Verifying the geographic origin of mahogany (*Swietenia macrophylla* King) with DNA-fingerprints. *Forensic Sci Int Genet*, 7:55–62. pmid:22770645

Hassold S, Lowry PP II, Bauert MR, Razafintsalama A, Ramamonjisoa L, Widmer A (2016) DNA Barcoding of Malagasy Rosewoods: Towards a Molecular Identification of CITES-Listed *Dalbergia* Species. *PLoS ONE*, 11(6): e0157881. doi: 10.1371/journal.pone.0157881

Ramananantoandro T, Ramanakoto MF, Rajemison AH, Eyma F (2013). Relationship between density and aesthetic attributes of wood and preference of Malagasy consumers. *Annals of Forest Science*, 70:649–658.

Randriamalala HF, Liu Z (2010). Rosewood of Madagascar: Between democracy and conservation. *Madag Conserv Dev*, 5: 11–22.

Schuurman D, Lowry PP (2009) The Madagascar rosewood massacre. *Madag Conserv Dev*, 4: 98–102.
<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Fig. 4 : utilisation des modèles de discrimination à partir d'un smartphone et d'un spectromètre portable innospectra</figcaption></figure>

## Remerciements

Vifs remerciements aux équipes de recherche au sein desquelles se déroulent cette étude : Laboratoire des Sciences du bois (Mention Foresterie et Environnement, Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques ; Université d'Antananarivo - Madagascar) ; Plateforme d'histocytologie et d'imagerie cellulaire végétale PHIV (UMR Agap et BPMP) ; Plateau de phénotypage biochimique PPB (UMR Agap), Montpellier, France. La thèse de doctorat de L.P. Rasoamanana est financée par le projet FID2D (Field Identification tool for *Dalbergia*, *Diospyros* and six substitute species) qui est financé l'USAID (United States Agency for International Development) à travers le WRI (World resources Institute) et le projet Hay Tao, et par l'OWSD (Organization for Women in Science for the Developing World). Cette étude est rendue possible grâce au soutien du peuple américain par l'intermédiaire de l'USAID et ne reflètent pas nécessairement les vues de l'USAID ou du gouvernement des États-Unis.

## Références

Barrett MA, Brown JL, Morikawa MK, Labat J-N, Yoder AD (2010) CITES designation for endangered rosewood in Madagascar. *Science*, 328:1109–1110. pmid:20508116

Degen B, Ward SE, Lemes MR, Navarro C, Cavers S, Sebbenn AM (2013) Verifying the geographic origin of mahogany (*Swietenia macrophylla* King) with DNA-fingerprints. *Forensic Sci Int Genet*, 7:55–62. pmid:22770645

Hassold S, Lowry PP II, Bauert MR, Razafintsalama A, Ramamonjisoa L, Widmer A (2016) DNA Barcoding of Malagasy Rosewoods: Towards a Molecular Identification of CITES-Listed *Dalbergia* Species. *PLoS ONE*, 11(6): e0157881. doi: 10.1371/journal.pone.0157881

Ramananantoandro T, Ramanakoto MF, Rajemison AH, Eyma F (2013). Relationship between density and aesthetic attributes of wood and preference of Malagasy consumers. *Annals of Forest Science*, 70:649–658.

Randriamalala HF, Liu Z (2010). Rosewood of Madagascar: Between democracy and conservation. *Madag Conserv Dev*, 5: 11–22.

Schuurman D, Lowry PP (2009) The Madagascar rosewood massacre. *Madag Conserv Dev*, 4: 98–102.
# Regenerative quality of wood cladding

BRUN Géraldine¹, ALMEVIK Gunnar¹, BJÖRLING Nils², JOHANSSON Karin¹

¹Department of Conservation, University of Gothenburg

²Chalmers University of Technology

geraldine.brun@gu.se

**Key words:** wood cladding; durability; traditions; weathering; performance; regenerative architecture; quality.

## Background and goals

Regenerative architecture seeks to go beyond sustainability and insists on the importance of a collaborative relation between built and natural environments. Instead of doing less arm, the act of building can impact positively our social and natural capital in the long-term (Cole 2012).

In ecology, regeneration refers to ecosystems replenishing what is being eaten, disturbed, or harvested. Wood as a construction material offers the opportunity to build in a regenerative and circular way because it is biodegradable and creates habitats where it is grown.

Wood cladding is an optimal platform for reflecting upon regenerative construction materials and methods because it is the interface between a building and its natural environment. It is often referred to as a sacrifice layer because it is among the parts of the envelope the most exposed to degradation mechanisms. Its aesthetic dimension makes it an important architectural element, yet it becomes a paradox that is not expected to last but to which special care is given.

Interest in using wood for cladding has increased dramatically in Europe over the past 20 years (Hill *et al.* 2022). The performance of timber cladding depends on the durability of the wood, defined as the resistance to wood-destroying agents, as well as its permeability to water and the availability of moisture and wood-destroying agents in the end-use application (Kutnik *et al.* 2014). Traditionally, in Scandinavia for example, coating is used to decrease biodegradation and increase dimensional stability (Sivertsen 2010). Anyhow, the use of uncoated wood cladding has become more popular due to its low maintenance requirements (Hill *et al.* 2022). The absence of painting or treatment reduces climate gas emissions (Plesser *et al.* 2013). However, uncoated wood changes aspect over time in a non-uniform way due to the combination of chemical, mechanical and light energies (Feist 1990). Iron sulphate treatments can be used to obtain more controlled weathered aspect.

The European standard EN 350:2016 ranks durability against wood-decay organisms of various species. The ones classified with moderate to low natural durability are nowadays commonly modified to prolongate their technical and aesthetic service life in outdoor use.

As wood from species considered non-durable has been cladding facades, raw or coated with traditional paints, for centuries, the relevance of our modern understanding of durability can be questioned. For example, Black Alder (*Alnus Glutinosa*) is ranked as non-durable in EN 350:2016, meaning that its heartwood is prone to decay by microorganisms. Yet, it has been used as cladding in different places in Europe such as France, Norway and Sweden. Scottish Pine (*Pinus Sylvestris*) was traditionally favoured for cladding in Sweden but appears as a species with highly variable durability in EN 350:2016. This raises the question of the existence of correlations between its growing conditions, anatomical features, processing methods and physical-mechanical properties.
# Regenerative quality of wood cladding

BRUN Géraldine¹, ALMEVIK Gunnar¹, BJÖRLING Nils², JOHANSSON Karin¹

¹Department of Conservation, University of Gothenburg

²Chalmers University of Technology

geraldine.brun@gu.se

**Key words:** wood cladding; durability; traditions; weathering; performance; regenerative architecture; quality.

## Background and goals

Regenerative architecture seeks to go beyond sustainability and insists on the importance of a collaborative relation between built and natural environments. Instead of doing less arm, the act of building can impact positively our social and natural capital in the long-term (Cole 2012).

In ecology, regeneration refers to ecosystems replenishing what is being eaten, disturbed, or harvested. Wood as a construction material offers the opportunity to build in a regenerative and circular way because it is biodegradable and creates habitats where it is grown.

Wood cladding is an optimal platform for reflecting upon regenerative construction materials and methods because it is the interface between a building and its natural environment. It is often referred to as a sacrifice layer because it is among the parts of the envelope the most exposed to degradation mechanisms. Its aesthetic dimension makes it an important architectural element, yet it becomes a paradox that is not expected to last but to which special care is given.

Interest in using wood for cladding has increased dramatically in Europe over the past 20 years (Hill *et al.* 2022). The performance of timber cladding depends on the durability of the wood, defined as the resistance to wood-destroying agents, as well as its permeability to water and the availability of moisture and wood-destroying agents in the end-use application (Kutnik *et al.* 2014). Traditionally, in Scandinavia for example, coating is used to decrease biodegradation and increase dimensional stability (Sivertsen 2010). Anyhow, the use of uncoated wood cladding has become more popular due to its low maintenance requirements (Hill *et al.* 2022). The absence of painting or treatment reduces climate gas emissions (Plesser *et al.* 2013). However, uncoated wood changes aspect over time in a non-uniform way due to the combination of chemical, mechanical and light energies (Feist 1990). Iron sulphate treatments can be used to obtain more controlled weathered aspect.

The European standard EN 350:2016 ranks durability against wood-decay organisms of various species. The ones classified with moderate to low natural durability are nowadays commonly modified to prolongate their technical and aesthetic service life in outdoor use.

As wood from species considered non-durable has been cladding facades, raw or coated with traditional paints, for centuries, the relevance of our modern understanding of durability can be questioned. For example, Black Alder (*Alnus Glutinosa*) is ranked as non-durable in EN 350:2016, meaning that its heartwood is prone to decay by microorganisms. Yet, it has been used as cladding in different places in Europe such as France, Norway and Sweden. Scottish Pine (*Pinus Sylvestris*) was traditionally favoured for cladding in Sweden but appears as a species with highly variable durability in EN 350:2016. This raises the question of the existence of correlations between its growing conditions, anatomical features, processing methods and physical-mechanical properties.
This project has its roots in traditional crafts methods and is based on the assumption that they
can inspire more responsible practices in the construction sector. It aims at characterizing the
quality of wood panels that can clad facades for longer than it takes for trees to regenerate,
without generating wastes, and while making both our natural and built environments resilient.

## Approach and methods

A number of studies has been scrutinizing both natural and conferred durability of wood under simulated or controlled conditions. There are proportionally few published studies based on real objects as it is challenging to track the exposure level of wood claddings in-use and thus to define the specific parameters allowing for good performance and long lifespan.

This project is based on the perpetuation of traditional knowledge making, where In-situ evidence informs us of the advantages or disadvantages of methods in the long-term. It bridges traditional knowledge between different countries to develop resilience in a changing climate.

The main research method is the observation of existing objects in Scandinavia and in France, where cladding facades with wood is an early example of a resource-saving measure in areas of scarce timbers or harsh weather (Rentzhog 1986, Godal 2012). Study cases are preserved and damaged traditional claddings, to be understood as cladding types representative of a specific area, manufactured from local resources and in small-scale production chains.

The study of those claddings can be summarized as follow:

- Architectural and technical observations: Typology of the facade, of the cladding and of the claddings' elements including eventual coatings or treatments.

- Crafts based observations: Tool marks and wood features such as growth rings width and knots repartition.

- Scientific inspection: Dendrochronology analyse and wood species identification.

- Complementary information: Interviews, archives, regulations, norms, conditions of the natural habitat of the trees.

- Holistic interpretation based on collected data and literature.

First, a forensic perspective is adopted to conduct investigations and try to "reconstruct the course of events and understand the motivations" (Almevik 2012). Then, complementary information from different sources is gathered. Communication with scientists from other disciplines such as biology and chemistry are valuable for interpreting results. Collaborations with stakeholders in the fields of building and gardening crafts as well as forestry will allow to consider wood quality in a wider picture and from a circular use perspective.

Pre-industrial wood claddings of Scottish Pine are still well represented in Sweden and their characteristics must be better understood to draw conclusions regarding quality requirements for long lifespan. In Champagne in France, there is a tradition of manufacturing "tavillon" claddings from deciduous trees, such as Oak, Populus and Alder. The knowledge of using those different species for cladding, built up through centuries, is relevant to keep alive for helping us developing more resilient constructions methods in symbiose with local ecosystems.

## First results

The investigated panel samples present different kind and levels of deterioration. The first analysis showed that rot is not the only cause of degeneration of cladding and that vulnerability to wood-destroying organisms does not necessarily impact the technical performance of cladding (Brun 2023).
This project has its roots in traditional crafts methods and is based on the assumption that they
can inspire more responsible practices in the construction sector. It aims at characterizing the
quality of wood panels that can clad facades for longer than it takes for trees to regenerate,
without generating wastes, and while making both our natural and built environments resilient.

## Approach and methods

A number of studies has been scrutinizing both natural and conferred durability of wood under simulated or controlled conditions. There are proportionally few published studies based on real objects as it is challenging to track the exposure level of wood claddings in-use and thus to define the specific parameters allowing for good performance and long lifespan.

This project is based on the perpetuation of traditional knowledge making, where In-situ evidence informs us of the advantages or disadvantages of methods in the long-term. It bridges traditional knowledge between different countries to develop resilience in a changing climate.

The main research method is the observation of existing objects in Scandinavia and in France, where cladding facades with wood is an early example of a resource-saving measure in areas of scarce timbers or harsh weather (Rentzhog 1986, Godal 2012). Study cases are preserved and damaged traditional claddings, to be understood as cladding types representative of a specific area, manufactured from local resources and in small-scale production chains.

The study of those claddings can be summarized as follow:

- Architectural and technical observations: Typology of the facade, of the cladding and of the claddings' elements including eventual coatings or treatments.

- Crafts based observations: Tool marks and wood features such as growth rings width and knots repartition.

- Scientific inspection: Dendrochronology analyse and wood species identification.

- Complementary information: Interviews, archives, regulations, norms, conditions of the natural habitat of the trees.

- Holistic interpretation based on collected data and literature.

First, a forensic perspective is adopted to conduct investigations and try to "reconstruct the course of events and understand the motivations" (Almevik 2012). Then, complementary information from different sources is gathered. Communication with scientists from other disciplines such as biology and chemistry are valuable for interpreting results. Collaborations with stakeholders in the fields of building and gardening crafts as well as forestry will allow to consider wood quality in a wider picture and from a circular use perspective.

Pre-industrial wood claddings of Scottish Pine are still well represented in Sweden and their characteristics must be better understood to draw conclusions regarding quality requirements for long lifespan. In Champagne in France, there is a tradition of manufacturing "tavillon" claddings from deciduous trees, such as Oak, Populus and Alder. The knowledge of using those different species for cladding, built up through centuries, is relevant to keep alive for helping us developing more resilient constructions methods in symbiose with local ecosystems.

## First results

The investigated panel samples present different kind and levels of deterioration. The first analysis showed that rot is not the only cause of degeneration of cladding and that vulnerability to wood-destroying organisms does not necessarily impact the technical performance of cladding (Brun 2023).
In Champagne, preserved "tavillons" of Alder and Populus, manufactured with circular saw, replaced Oak "tavillons" which were split from log sections with "depertoirs". The thin and short uncoated "tavillons" dry fast and without much deformation. Alder wood suffers a great mass loss due to fungal attack when in ground contact, but its performance as thin cladding is mainly altered by abrasion around fasteners (Brun, 2023) (Fig.1 and 2). In Sweden, Alder panels are sometimes found among Spruce panels and seem to have been intended as an equivalent. Both in France and Sweden, Alder cladding is attacked by wood boring beetles, but this seems to alter its performance as an aesthetic layer more than as a protective layer (Brun, 2023).

<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Fig. 1 : West façade of a house built with timber-framing and wattle and daub filling, covered with "tavillons", in Frampas, Champagne, France.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_93.png" /><figcaption>Fig. 2 : A "tavillon" of Alder from the façade on Fig. 1 is showing a nail hole, which has become bigger and where crack formed from it to the edge.</figcaption></figure>

The gathered samples of Scottish Pine are likely original panels from Swedish edifices built in 1679, 1780 and 1870. They are illustrating the durability difference between heartwood and splint wood but are also showing that deformation can be an important factor to consider for performance of cladding (Brun 2023). The cladding of Kvibergsnäs stable (Fig. 3) is partly issued from trees with an extremely slow growth rate, presenting tight growth rings with relatively low density, which can be identified as "hunger wood" in Swedish. This implies that the fibre walls are thinner than usually, possibly allowing a more even moisture distribution and thus less stress and structural damage under wetting and drying cycles. The studied overboards are 30mm thick, with good form stability and seem to have the ability to dry fast.

<figure><img src="image_94.png" /><figcaption>Fig. 3 : The east façade of Kvibergsnäs stable built in the 1780s, Gothenburg, Sweden.</figcaption></figure>

## Coating

The samples of Scottish Pine are showing traces of traditional red Falu paint. It seems that Falu paint was not used for aesthetic reasons only but that the iron oxide pigment also confers a protection against decay. The alteration of this type of breathable paint does not cause any damage to the cladding since moisture is not trapped inside the wood.

## Discussion and tentative findings

Biodegradation is a threat to wood cladding but also a chance to build without creating wastes (Brun 2023). "Tavillons" of Alder either fall off or vanish after long weathering. This illustrates what can be called a sacrifice layer, made from available resource, and designed to last for the time it takes for it to regenerate, which is 60 to 70 years in France. Studied Scottish Pine panels
In Champagne, preserved "tavillons" of Alder and Populus, manufactured with circular saw, replaced Oak "tavillons" which were split from log sections with "depertoirs". The thin and short uncoated "tavillons" dry fast and without much deformation. Alder wood suffers a great mass loss due to fungal attack when in ground contact, but its performance as thin cladding is mainly altered by abrasion around fasteners (Brun, 2023) (Fig.1 and 2). In Sweden, Alder panels are sometimes found among Spruce panels and seem to have been intended as an equivalent. Both in France and Sweden, Alder cladding is attacked by wood boring beetles, but this seems to alter its performance as an aesthetic layer more than as a protective layer (Brun, 2023).

<figure><img src="image_93.png" /><figcaption>Fig. 1 : West façade of a house built with timber-framing and wattle and daub filling, covered with "tavillons", in Frampas, Champagne, France.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_94.png" /><figcaption>Fig. 2 : A "tavillon" of Alder from the façade on Fig. 1 is showing a nail hole, which has become bigger and where crack formed from it to the edge.</figcaption></figure>

The gathered samples of Scottish Pine are likely original panels from Swedish edifices built in 1679, 1780 and 1870. They are illustrating the durability difference between heartwood and splint wood but are also showing that deformation can be an important factor to consider for performance of cladding (Brun 2023). The cladding of Kvibergsnäs stable (Fig. 3) is partly issued from trees with an extremely slow growth rate, presenting tight growth rings with relatively low density, which can be identified as "hunger wood" in Swedish. This implies that the fibre walls are thinner than usually, possibly allowing a more even moisture distribution and thus less stress and structural damage under wetting and drying cycles. The studied overboards are 30mm thick, with good form stability and seem to have the ability to dry fast.

<figure><img src="image_95.png" /><figcaption>Fig. 3 : The east façade of Kvibergsnäs stable built in the 1780s, Gothenburg, Sweden.</figcaption></figure>

## Coating

The samples of Scottish Pine are showing traces of traditional red Falu paint. It seems that Falu paint was not used for aesthetic reasons only but that the iron oxide pigment also confers a protection against decay. The alteration of this type of breathable paint does not cause any damage to the cladding since moisture is not trapped inside the wood.

## Discussion and tentative findings

Biodegradation is a threat to wood cladding but also a chance to build without creating wastes (Brun 2023). "Tavillons" of Alder either fall off or vanish after long weathering. This illustrates what can be called a sacrifice layer, made from available resource, and designed to last for the time it takes for it to regenerate, which is 60 to 70 years in France. Studied Scottish Pine panels
are suggesting that growth speed can influence wood properties connected to durability and performance. Long rotation periods possibly allow cladding of Scottish Pine to be reliable in the long-term both as an aesthetic and as a protective layer.

Wood cladding can be a platform for implementing innovative strategies of production and maintenance, based on traditional craft rationality. An example is to consider wooden facades as dynamic elements in our landscape, comparable to urban parks or gardens, whose generation, care, and regeneration are entrusted to one dedicated team of craftspersons.

## Acknowledgements

This PhD project is financed by the Institute of conservation of the University of Gothenburg and hosted by the Craft Laboratory in Mariestad, Sweden.

## References

Almevik G. (2012) Byggnaden som kunskapskälla (The building as a source of knowledge) (Publication No. 27). Doctoral dissertation, University of Gothenburg. Acta Universitatis Gothonburgensis. https://gupea.ub.gu.se/handle/2077/28072

Brun G. (2023, September 22) When wood cladding degenerates: lessons on durability from traditional wood claddings after long weathering in real conditions (Exhibition and extended abstract presentation). Biennial International Conference for Craft Sciences, Mariestad, Sweden.

Cole R.J. (2012) Regenerative design and development: current theory and practice. Taylor & Francis, 40(2012), 1-6.

Feist W.C. (1990) Outdoor wood weathering and protection. Archaeological wood, properties, chemistry, and preservation. Advanced in Chemistry Series, 225, 263-298.

Godal J.B. (2012) Tekking og kleding med emne frå skog og mark: frå den eldre materialforståinga (Roofing and cladding with objects from forest and land: from the old material comprehension). Akademika forlag.

Hill C., Kymäläinen M., Rautkari L. (2022) Review of the use of solid wood as an external cladding material in the built environment. Journal of Materials Science, 57(20), 9031-9076.

Kutnik M., Suttie E. Brischke C. (2014) European standards on durability and performance of wood and wood-based products-Trends and challenges. Wood Material Science & Engineering, 9(3), 122-133.

Plesser T.S., Kristjansdottir T., Tellnes L., Flæte P.O., Gobakken L.R., Alfredsen G. (2013) Miljøanalyse av trefasader (Environmental analyse of wooden facades). SINTEF Akademisk forlag.

Rentzhog S. (1986) Stad i trä - panelarkitekturen: ett skede i den svenska småstadens byggnadshistoria (Town in wood - panels' architecture: a stage in the Swedish history of buildings in small towns). Nordiska museets handlingar, 2. uppl. (Original work published 1937).

Sivertsen M.S. (2010) Liquid water absorption in wood cladding boards and log sections with and without surface treatment (Publication No. 2010:6). Doctoral dissertation, Norwegian University of Life Sciences. Norwegian University of Life Sciences. http://hdl.handle.net/11250/2429312

SS-EN 350 (2016) Durability of wood and wood-based products – Testing and classification of the durability to biological agents of wood and wood-based materials.
are suggesting that growth speed can influence wood properties connected to durability and performance. Long rotation periods possibly allow cladding of Scottish Pine to be reliable in the long-term both as an aesthetic and as a protective layer.

Wood cladding can be a platform for implementing innovative strategies of production and maintenance, based on traditional craft rationality. An example is to consider wooden facades as dynamic elements in our landscape, comparable to urban parks or gardens, whose generation, care, and regeneration are entrusted to one dedicated team of craftspersons.

## Acknowledgements

This PhD project is financed by the Institute of conservation of the University of Gothenburg and hosted by the Craft Laboratory in Mariestad, Sweden.

## References

Almevik G. (2012) Byggnaden som kunskapskälla (The building as a source of knowledge) (Publication No. 27). Doctoral dissertation, University of Gothenburg. Acta Universitatis Gothonburgensis. https://gupea.ub.gu.se/handle/2077/28072

Brun G. (2023, September 22) When wood cladding degenerates: lessons on durability from traditional wood claddings after long weathering in real conditions (Exhibition and extended abstract presentation). Biennial International Conference for Craft Sciences, Mariestad, Sweden.

Cole R.J. (2012) Regenerative design and development: current theory and practice. Taylor & Francis, 40(2012), 1-6.

Feist W.C. (1990) Outdoor wood weathering and protection. Archaeological wood, properties, chemistry, and preservation. Advanced in Chemistry Series, 225, 263-298.

Godal J.B. (2012) Tekking og kleding med emne frå skog og mark: frå den eldre materialforståinga (Roofing and cladding with objects from forest and land: from the old material comprehension). Akademika forlag.

Hill C., Kymäläinen M., Rautkari L. (2022) Review of the use of solid wood as an external cladding material in the built environment. Journal of Materials Science, 57(20), 9031-9076.

Kutnik M., Suttie E. Brischke C. (2014) European standards on durability and performance of wood and wood-based products-Trends and challenges. Wood Material Science & Engineering, 9(3), 122-133.

Plesser T.S., Kristjansdottir T., Tellnes L., Flæte P.O., Gobakken L.R., Alfredsen G. (2013) Miljøanalyse av trefasader (Environmental analyse of wooden facades). SINTEF Akademisk forlag.

Rentzhog S. (1986) Stad i trä - panelarkitekturen: ett skede i den svenska småstadens byggnadshistoria (Town in wood – panels’ architecture: a stage in the Swedish history of buildings in small towns). Nordiska museets handlingar, 2. uppl. (Original work published 1937).

Sivertsen M.S. (2010) Liquid water absorption in wood cladding boards and log sections with and without surface treatment (Publication No. 2010:6). Doctoral dissertation, Norwegian University of Life Sciences. Norwegian University of Life Sciences. http://hdl.handle.net/11250/2429312

SS-EN 350 (2016) Durability of wood and wood-based products – Testing and classification of the durability to biological agents of wood and wood-based materials.
# Evaluation du taux de restitution d'énergie en mode I d'un LVL de peuplier

PEIGNON Axel¹, SERRA Joël¹, GELARD Léo¹, CANTAREL Arthur¹, EYMA Florent¹, CASTANIE Bruno¹

¹Institut Clément (ICA), Université de Toulouse, CNRS UMR 5312, INSA, ISAE-Supaéro, INSA, IMT Mines Albi, UPS, Toulouse, France
peignon@insa-toulouse.fr

**Mots clefs** : Bois ; Placages ; Taux de restitution d'énergie ; Essai DCB (Double Cantilever Beam) ; Délaminage ; Pontage de Fibres ; Mode I

## Contexte et objectifs

Le lamibois (LVL) et le contreplaqué sont des produits composites structurels fabriqués à partir de fines feuilles de bois déroulées, appelées placages et assemblées avec un adhésif. Le contreplaqué a une stratification croisée, ce qui signifie que les placages longitudinaux et transversaux sont alternés dans tout le stratifié. Dans le LVL, contrairement au contreplaqué, les fibres du placage sont principalement orientées dans la même direction. Pour un usage structurel, certains LVL peuvent avoir quelques placages à fils croisés. Le LVL et le contreplaqué, du fait de leur fabrication, offrent la possibilité de sélectionner les placages ne présentant pas de défauts, présentent des caractéristiques mécaniques statiques comparables, voire supérieures, à celles du bois massif (Leicester et Bunker, 1969). Par ailleurs, des études récentes ont montré que le LVL présente aussi un potentiel mécanique intéressant pour des applications de crash ou d'impact (Guélou et al. 2021, Susainathan, 2017). Aussi, en se basant sur l'utilisation de ces résultats, la stratégie de modélisation dite Discrete Ply Model (Bouvet et al. 2009, Serra et al. 2016) a été envisagée pour modéliser les scénarios de rupture des structures à base de contreplaqué, aussi bien en statique qu'en dynamique. Cette stratégie repose sur uniquement 13 paramètres dont les taux de restitution d'énergie aux interfaces qu'il convient d'identifier spécifiquement pour les applications de composite bois.

Pour caractériser le taux de restitution d'énergie en mode I, mode nécessitant le moins d'énergie pour ce matériau et qui est donc le plus compromettant pour l'intégrité de la structure, l'essai DCB (Double Cantilever Beam) est privilégié. Peu d'auteurs se sont intéressés aux essais DCB sur des interfaces de bois collés, que ce soit pour du LVL ou du contreplaqué. El Moustaphaoui et al. (2021) ont caractérisé la ténacité d'une interface de contreplaqué de ceiba de 9 plis. Baba et al. (2010) se sont intéressés au contreplaqué de hêtre, et Xiao et al. (2023) se sont intéressés au LVL de peuplier. Cependant, les études précédentes ne se concentrent qu'aux interfaces 0°/0°. Or, dans le cas de stratifiés tels que le contreplaqué, le délaminage se produit majoritairement aux interfaces 0°/90° en raison du cisaillement interlaminaire maximal pour des interfaces orientées perpendiculairement. Ce phénomène est bien connu dans le domaine des composites (Gay 2014) mais très peu étudié pour le bois.

Cette étude vise donc à caractériser les taux de restitution d'énergie en mode I pour deux interfaces différentes : une interface 0°/0° et une interface 0°/90.

## Matériel et méthodes

L'essai Double Cantilever Beam (DCB) consiste à appliquer une charge aux extrémités d'une éprouvette qui entraîne la propagation de la fissure en mode pur I (Fig. 2). Des placages de bois
# Evaluation du taux de restitution d'énergie en mode I d'un LVL de peuplier

PEIGNON Axel¹, SERRA Joël¹, GELARD Léo¹, CANTAREL Arthur¹, EYMA Florent¹, CASTANIE Bruno¹

¹Institut Clément (ICA), Université de Toulouse, CNRS UMR 5312, INSA, ISAE-Supaéro, INSA, IMT Mines Albi, UPS, Toulouse, France
peignon@insa-toulouse.fr

**Mots clefs** : Bois ; Placages ; Taux de restitution d'énergie ; Essai DCB (Double Cantilever Beam) ; Délaminage ; Pontage de Fibres ; Mode I

## Contexte et objectifs

Le lamibois (LVL) et le contreplaqué sont des produits composites structurels fabriqués à partir de fines feuilles de bois déroulées, appelées placages et assemblées avec un adhésif. Le contreplaqué a une stratification croisée, ce qui signifie que les placages longitudinaux et transversaux sont alternés dans tout le stratifié. Dans le LVL, contrairement au contreplaqué, les fibres du placage sont principalement orientées dans la même direction. Pour un usage structurel, certains LVL peuvent avoir quelques placages à fils croisés. Le LVL et le contreplaqué, du fait de leur fabrication, offrent la possibilité de sélectionner les placages ne présentant pas de défauts, présentent des caractéristiques mécaniques statiques comparables, voire supérieures, à celles du bois massif (Leicester et Bunker, 1969). Par ailleurs, des études récentes ont montré que le LVL présente aussi un potentiel mécanique intéressant pour des applications de crash ou d'impact (Guélou et al. 2021, Susainathan, 2017). Aussi, en se basant sur l'utilisation de ces résultats, la stratégie de modélisation dite Discrete Ply Model (Bouvet et al. 2009, Serra et al. 2016) a été envisagée pour modéliser les scénarios de rupture des structures à base de contreplaqué, aussi bien en statique qu'en dynamique. Cette stratégie repose sur uniquement 13 paramètres dont les taux de restitution d'énergie aux interfaces qu'il convient d'identifier spécifiquement pour les applications de composite bois.

Pour caractériser le taux de restitution d'énergie en mode I, mode nécessitant le moins d'énergie pour ce matériau et qui est donc le plus compromettant pour l'intégrité de la structure, l'essai DCB (Double Cantilever Beam) est privilégié. Peu d'auteurs se sont intéressés aux essais DCB sur des interfaces de bois collés, que ce soit pour du LVL ou du contreplaqué. El Moustaphaoui et al. (2021) ont caractérisé la ténacité d'une interface de contreplaqué de ceiba de 9 plis. Baba et al. (2010) se sont intéressés au contreplaqué de hêtre, et Xiao et al. (2023) se sont intéressés au LVL de peuplier. Cependant, les études précédentes ne se concentrent qu'aux interfaces 0°/0°. Or, dans le cas de stratifiés tels que le contreplaqué, le délaminage se produit majoritairement aux interfaces 0°/90° en raison du cisaillement interlaminaire maximal pour des interfaces orientées perpendiculairement. Ce phénomène est bien connu dans le domaine des composites (Gay 2014) mais très peu étudié pour le bois.

Cette étude vise donc à caractériser les taux de restitution d'énergie en mode I pour deux interfaces différentes : une interface 0°/0° et une interface 0°/90.

## Matériel et méthodes

L'essai Double Cantilever Beam (DCB) consiste à appliquer une charge aux extrémités d'une éprouvette qui entraîne la propagation de la fissure en mode pur I (Fig. 2). Des placages de bois
de peuplier (Populus) Koster de 1mm ont été utilisés pour la fabrication des éprouvettes DCB.
Les placages, fournis par le laboratoire LaBoMaP de Cluny, ont été produits à l'aide d'une
dérouleuse. Deux configurations ont été réalisées et sont illustrées sur la Fig. 1 :

- Un contreplaqué 8 plis avec une configuration $[0°]_8$ pour l'interface $0°/0°$.

- Un contreplaqué 9 plis avec une configuration de stratification $[0°_4,90°,0°_4]$ pour l'interface $0°/90°$.

<figure><img src="image_95.png" /><figcaption>Fig. 1 : Configuration des éprouvettes DCB de la série 0°/0° (haut) et 0°/90° (bas)</figcaption></figure>

Un total de 12 éprouvettes par configuration ont été découpées au laser. Les éprouvettes DCB ont des dimensions nominales de 250(L)×25(B)×8mm(H) pour la série 0°/0° et de 250(L)×25(B)×9mm(H) pour la série 0°/90° (Fig. 2). L'éprouvette est mise en place avec une longueur de fissure initiale ($a_0$ sur la Fig. 2).

<figure><img src="image_96.png" /><figcaption>Fig. 2 : Schématisation de l'essai DCB</figcaption></figure>

Un script python a été utilisé pour suivre la pointe de la fissure en utilisant la corrélation d'image (DIC) pour chaque éprouvette. Pour obtenir le taux de restitution d'énergie, il est nécessaire d'établir un lien entre la longueur de fissure, la courbe force (P sur la Fig. 2) – déplacement (δ sur la Fig. 2) et l'équation d'Irwin-Kies (1954). Dans cette étude, une seule méthode sera utilisée pour établir cette relation : la méthode de calibration de complaisance modifiée (MCC) (ASTM D5528 : ASTM 2010). Cette méthode a été comparée à la méthode issue de la théorie de la poutre corrigée (ISO 15024 : ISO 2001) ainsi que la méthode de calibration de complaisance (CC) (ASTM D5528 : ASTM 2010). Les écarts constatés sur la valeur moyenne de $G_{Ic}$ calculée avec la méthode MCC sont en moyenne de l'ordre de 2% avec la méthode CC et 12% avec la théorie des poutres corrigée. Nous faisons le choix par la suite de ne présenter que la méthode
de peuplier (Populus) Koster de 1mm ont été utilisés pour la fabrication des éprouvettes DCB.
Les placages, fournis par le laboratoire LaBoMaP de Cluny, ont été produits à l'aide d'une
dérouleuse. Deux configurations ont été réalisées et sont illustrées sur la Fig. 1 :

- Un contreplaqué 8 plis avec une configuration $[0°]_8$ pour l'interface $0°/0°$.

- Un contreplaqué 9 plis avec une configuration de stratification $[0°_4,90°,0°_4]$ pour l'interface $0°/90°$.

<figure><img src="image_96.png" /><figcaption>Fig. 1 : Configuration des éprouvettes DCB de la série 0°/0° (haut) et 0°/90° (bas)</figcaption></figure>

Un total de 12 éprouvettes par configuration ont été découpées au laser. Les éprouvettes DCB ont des dimensions nominales de 250(L)×25(B)×8mm(H) pour la série 0°/0° et de 250(L)×25(B)×9mm(H) pour la série 0°/90° (Fig. 2). L'éprouvette est mise en place avec une longueur de fissure initiale ($a_0$ sur la Fig. 2).

<figure><img src="image_97.png" /><figcaption>Fig. 2 : Schématisation de l'essai DCB</figcaption></figure>

Un script python a été utilisé pour suivre la pointe de la fissure en utilisant la corrélation d'image (DIC) pour chaque éprouvette. Pour obtenir le taux de restitution d'énergie, il est nécessaire d'établir un lien entre la longueur de fissure, la courbe force (P sur la Fig. 2) – déplacement (δ sur la Fig. 2) et l'équation d'Irwin-Kies (1954). Dans cette étude, une seule méthode sera utilisée pour établir cette relation : la méthode de calibration de complaisance modifiée (MCC) (ASTM D5528 : ASTM 2010). Cette méthode a été comparée à la méthode issue de la théorie de la poutre corrigée (ISO 15024 : ISO 2001) ainsi que la méthode de calibration de complaisance (CC) (ASTM D5528 : ASTM 2010). Les écarts constatés sur la valeur moyenne de $G_{Ic}$ calculée avec la méthode MCC sont en moyenne de l'ordre de 2% avec la méthode CC et 12% avec la théorie des poutres corrigée. Nous faisons le choix par la suite de ne présenter que la méthode
MCC. Cette méthode est privilégiée car c'est celle qui nécessite les hypothèses les plus faibles sur la relation entre la complaisance et la longueur de la fissure.

## Résultats et discussion

Les courbes P-δ obtenues lors des essais, sont illustrées par série sur les Figures 3 et 4. On observe déjà une variabilité plus importante pour la série 0°/0° (Fig. 3) comparé à la série 0°/90° (Fig. 4). En moyennant les valeurs pour l'ensemble des éprouvettes, on observe que la valeur de G<sub>Ic</sub> pour la série 0°/0° donne une valeur plus élevée que pour la série 0°/90°. Cela peut s'expliquer par le fait que du pontage de fibre se produit dans la série 0°/0° (zone A sur la Fig. 5). Le pontage de fibre est plus important dans le bois que dans les composites classiques car l'angle de plongée des fibres est bien supérieur à celui rencontré dans ces derniers (Pramreiter et al., 2020). Les valeurs moyennes du taux de restitution d'énergie obtenues sont les suivantes : G<sub>Ic-0°/0°</sub> = 422 J/m² ± 30% et G<sub>Ic-0°/90°</sub> = 247 J/m² ± 21%.

<figure><img src="image_97.png" /><figcaption>Fig. 3 : Courbes P-δ pour la série 0°/0°</figcaption></figure>

<figure><img src="image_98.png" /><figcaption>Fig. 4 : Courbes P-δ pour la série 0°/90°</figcaption></figure>

<figure><img src="image_99.png" /><figcaption>Fig. 5 : Éprouvette post mortem n°4 de la série 0°/0° présentant du pontage de fibres (A) et une fissure migrant hors de l'interface initiale (B)</figcaption></figure>

Dans un second temps, les faciès de rupture des éprouvettes de la série 0°/90° ont été analysés pour mettre en évidence le chemin de la fissure et l'apparition de différents phénomènes physiques. Pour la série 0°/0° la fissure se propage soit à l'interface, soit elle bifurque hors du plan initial (zone B sur la Fig. 5). Notons que la fissure ne semble jamais se propager dans la colle. La rupture est soit adhésive entre le bois et la colle, soit cohésive dans le bois, mais il ne semble pas y avoir de rupture cohésive dans la colle lorsque l'on étudie les faciès de rupture au microscope. Ce phénomène a déjà été observé dans les assemblages bois où le joint de colle est connu pour être plus résistant que le bois (Forest Products Laboratory USDA Forest Service, 2010). Afin de calculer des valeurs de G<sub>Ic</sub> en distinguant les différents phénomènes de propagation sur chaque éprouvette, différents scénarios ont été identifiés pour classer la propagation de fissure pour les éprouvettes 0°/90° :

- Fissure à l'interface 0°/90° (zone 4 sur la Fig. 6)

- Propagation dans le pli de 90° (zone 5 sur la Fig. 6)

- Migration de la fissure hors du plan ou événements particuliers (zone B sur la Fig. 5, zone 3 sur la Fig. 6)
MCC. Cette méthode est privilégiée car c'est celle qui nécessite les hypothèses les plus faibles sur la relation entre la complaisance et la longueur de la fissure.

## Résultats et discussion

Les courbes P-δ obtenues lors des essais, sont illustrées par série sur les Figures 3 et 4. On observe déjà une variabilité plus importante pour la série 0°/0° (Fig. 3) comparé à la série 0°/90° (Fig. 4). En moyennant les valeurs pour l'ensemble des éprouvettes, on observe que la valeur de G<sub>Ic</sub> pour la série 0°/0° donne une valeur plus élevée que pour la série 0°/90°. Cela peut s'expliquer par le fait que du pontage de fibre se produit dans la série 0°/0° (zone A sur la Fig. 5). Le pontage de fibre est plus important dans le bois que dans les composites classiques car l'angle de plongée des fibres est bien supérieur à celui rencontré dans ces derniers (Pramreiter et al., 2020). Les valeurs moyennes du taux de restitution d'énergie obtenues sont les suivantes : G<sub>Ic-0°/0°</sub> = 422 J/m² ± 30% et G<sub>Ic-0°/90°</sub> = 247 J/m² ± 21%.

<figure><img src="image_98.png" /><figcaption>Fig. 3 : Courbes P-δ pour la série 0°/0°</figcaption></figure>

<figure><img src="image_99.png" /><figcaption>Fig. 4 : Courbes P-δ pour la série 0°/90°</figcaption></figure>

<figure><img src="image_100.png" /><figcaption>Fig. 5 : Éprouvette post mortem n°4 de la série 0°/0° présentant du pontage de fibres (A) et une fissure migrant hors de l'interface initiale (B)</figcaption></figure>

Dans un second temps, les faciès de rupture des éprouvettes de la série 0°/90° ont été analysés pour mettre en évidence le chemin de la fissure et l'apparition de différents phénomènes physiques. Pour la série 0°/0° la fissure se propage soit à l'interface, soit elle bifurque hors du plan initial (zone B sur la Fig. 5). Notons que la fissure ne semble jamais se propager dans la colle. La rupture est soit adhésive entre le bois et la colle, soit cohésive dans le bois, mais il ne semble pas y avoir de rupture cohésive dans la colle lorsque l'on étudie les faciès de rupture au microscope. Ce phénomène a déjà été observé dans les assemblages bois où le joint de colle est connu pour être plus résistant que le bois (Forest Products Laboratory USDA Forest Service, 2010). Afin de calculer des valeurs de G<sub>Ic</sub> en distinguant les différents phénomènes de propagation sur chaque éprouvette, différents scénarios ont été identifiés pour classer la propagation de fissure pour les éprouvettes 0°/90° :

- Fissure à l'interface 0°/90° (zone 4 sur la Fig. 6)

- Propagation dans le pli de 90° (zone 5 sur la Fig. 6)

- Migration de la fissure hors du plan ou événements particuliers (zone B sur la Fig. 5, zone 3 sur la Fig. 6)
Cette distinction par zone est illustrée sur la Fig. 6.

<figure><img src="image_100.png" /><figcaption>Fig. 6 : Interfaces supérieures et inférieures post mortem de l'éprouvette 0°/90° n°4 avec identification des zones de propagation (en haut) et illustration du chemin de la fissure et des zones de propagation à travers la même éprouvette (en bas).</figcaption></figure>

La valeur du taux de restitution d'énergie critique dans le pli de 90° obtenue est la suivante :
$G_{Ic-90°-pli} = 247 J/m^2 \pm 24\%$. La valeur du taux de restitution d'énergie critique à l'interface 0°/90° obtenue est la suivante : $G_{Ic-0°/90°-interface} = 62 J/m^2 \pm 28\%$.

## Conclusion et perpectives

Dans la littérature les valeurs de $G_{Ic}$ sur une interface 0°/0° de LVL ou de lamellé-collé se trouvent en moyenne entre 20 et 1200 $J/m^2$. On peut noter que les écarts importants constatés entre les auteurs s'expliquent principalement par le type de bois et le type de colle utilisés. En effet, la ténacité d'un assemblage collé est fortement corrélée à la nature du couple bois-colle, la rugosité du bois, l'épaisseur du joint de colle ou le module d'Young du matériau caractérisé. De plus, une forte dispersion est attendue sur des essais DCB (Pluvinage, 1992). On ne trouve cependant pas dans la littérature de valeur de $G_{Ic}$ pour une interface 0°/90° dans le cas du contreplaqué. Or, compte tenu des résultats obtenus lors de cette étude, on constate que la valeur de $G_{Ic}$ pour une interface 0°/90° ($G_{Ic-0°/90°-interface} = 62 J/m^2 \pm 28\%$) est plus faible que pour une interface 0°/0° ($G_{Ic-0°/0°} = 422 J/m^2 \pm 30\%$) de par le fait que le pontage de fibre est moins présent que pour une interface 0°/0°.

Pour les éprouvettes avec une interface 0°/90°, la méthodologie mise en place dans cette étude permet d'extraire 2 taux de restitutions d'énergie, cette distinction offre la possibilité de simuler le délaminage intra pli et inter pli avec deux valeurs de ténacité distinctes (Peignon et al. 2023).

## Remerciements

La recherche qui a conduit aux résultats présentés ci-dessus a reçu des fonds de l'Agence Nationale de la Recherche française dans le cadre du projet BOOST (ANR-21-CE43-0008-01). Les auteurs remercient le Laboratoire LaBoMaP, Cluny, France pour la mise à disposition des placages de peuplier utilisés dans cette étude.
Cette distinction par zone est illustrée sur la Fig. 6.

<figure><img src="image_101.png" /><figcaption>Fig. 6 : Interfaces supérieures et inférieures post mortem de l'éprouvette 0°/90° n°4 avec identification des zones de propagation (en haut) et illustration du chemin de la fissure et des zones de propagation à travers la même éprouvette (en bas).</figcaption></figure>

La valeur du taux de restitution d'énergie critique dans le pli de 90° obtenue est la suivante :
$G_{Ic-90°-pli} = 247 J/m^2 \pm 24\%$. La valeur du taux de restitution d'énergie critique à l'interface 0°/90° obtenue est la suivante : $G_{Ic-0°/90°-interface} = 62 J/m^2 \pm 28\%$.

## Conclusion et perpectives

Dans la littérature les valeurs de $G_{Ic}$ sur une interface 0°/0° de LVL ou de lamellé-collé se trouvent en moyenne entre 20 et 1200 $J/m^2$. On peut noter que les écarts importants constatés entre les auteurs s'expliquent principalement par le type de bois et le type de colle utilisés. En effet, la ténacité d'un assemblage collé est fortement corrélée à la nature du couple bois-colle, la rugosité du bois, l'épaisseur du joint de colle ou le module d'Young du matériau caractérisé. De plus, une forte dispersion est attendue sur des essais DCB (Pluvinage, 1992). On ne trouve cependant pas dans la littérature de valeur de $G_{Ic}$ pour une interface 0°/90° dans le cas du contreplaqué. Or, compte tenu des résultats obtenus lors de cette étude, on constate que la valeur de $G_{Ic}$ pour une interface 0°/90° ($G_{Ic-0°/90°-interface} = 62 J/m^2 \pm 28\%$) est plus faible que pour une interface 0°/0° ($G_{Ic-0°/0°} = 422 J/m^2 \pm 30\%$) de par le fait que le pontage de fibre est moins présent que pour une interface 0°/0°.

Pour les éprouvettes avec une interface 0°/90°, la méthodologie mise en place dans cette étude permet d'extraire 2 taux de restitutions d'énergie, cette distinction offre la possibilité de simuler le délaminage intra pli et inter pli avec deux valeurs de ténacité distinctes (Peignon et al. 2023).

## Remerciements

La recherche qui a conduit aux résultats présentés ci-dessus a reçu des fonds de l'Agence Nationale de la Recherche française dans le cadre du projet BOOST (ANR-21-CE43-0008-01). Les auteurs remercient le Laboratoire LaBoMaP, Cluny, France pour la mise à disposition des placages de peuplier utilisés dans cette étude.
Références

Baba MN, Dogaru F, Curtu I, Dinu G, Bayer M (2010) Experimental Determination of Interlaminar Fracture Toughness of Wood Laminated Composite Specimens under DCB Test. Materiale Plastice, 5.

El Moustaphaoui A, Chouaf A, Kimakh K (2021) Experimental and numerical study of the delamination of Ceiba plywood under mode I, mode II and mixed-mode (I + II) loading using the DCB, ELS and MMF tests. International Journal of Fracture, 213(1):1-20.

Forest Products Laboratory USDA Forest Service (2010) Wood handbook : Wood as an engineering material (FPL-GTR-190; Numéro FPL-GTR-190, p. 509). Forest Products Laboratory. https://doi.org/10.2737/FPL-GTR-190

Gay D (2014) Composite Materials : Design and Applications (3rd edition). CRC Press.

Guélou R, Eyma F, Cantarel A, Rivallant S, Castanié B (2021) Crashworthiness of poplar wood veneer tubes. International Journal of Impact Engineering, 147, 103738

Irwin GR, Kies JA (1954) Critical energy rate analysis of fracture strength. Weld Journal, 33 Welding Research Supplement, 193-198.

Leicester RH, Bunker RC (1969) Fracture at butt joints in laminated pine. Forest Prod. J. 19(2):59-60.

Pluvinage G (1992) La rupture du bois et de ses composites. Cépaduès-Editions.

Pramreiter M, Bodner SC, Keckes J, Stadlmann A, Kumpenza C, Müller U (2020) Influence of Fiber Deviation on Strength of Thin Birch (Betula pendula Roth.) Veneers. Materials, 13(7), Article 7. https://doi.org/10.3390/ma13071484

Peignon A, Serra J, Gélard L, Cantarel A, Eyma F, Castanié B (2023) Mode I delamination R-Curve in poplar laminated veneer lumber. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 103982. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2023.103982

Serra J, Bouvet C, Castanié B, Petiot C (2016) Scaling effect in notched composites : The Discrete Ply Model approach. Composite Structures, 148, 127-143. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.03.062

Susainathan JP (2017) Development and characterization of Wood Based Eco-structure, thèse de l'Université de Toulouse.

Xiao Z, Li C, Shu B, Tang S, Yang X, Liu Y (2023) Experimental Study of Mode-I and Mode-II Interlaminar Fracture Characteristics of Poplar LVL. Journal of Renewable Materials, 11(1):245-255. https://doi.org/10.32604/jrm.2023.020751.
Références

Baba MN, Dogaru F, Curtu I, Dinu G, Bayer M (2010) Experimental Determination of Interlaminar Fracture Toughness of Wood Laminated Composite Specimens under DCB Test. Materiale Plastice, 5.

El Moustaphaoui A, Chouaf A, Kimakh K (2021) Experimental and numerical study of the delamination of Ceiba plywood under mode I, mode II and mixed-mode (I + II) loading using the DCB, ELS and MMF tests. International Journal of Fracture, 213(1):1-20.

Forest Products Laboratory USDA Forest Service (2010) Wood handbook : Wood as an engineering material (FPL-GTR-190; Numéro FPL-GTR-190, p. 509). Forest Products Laboratory. https://doi.org/10.2737/FPL-GTR-190

Gay D (2014) Composite Materials : Design and Applications (3rd edition). CRC Press.

Guélou R, Eyma F, Cantarel A, Rivallant S, Castanié B (2021) Crashworthiness of poplar wood veneer tubes. International Journal of Impact Engineering, 147, 103738

Irwin GR, Kies JA (1954) Critical energy rate analysis of fracture strength. Weld Journal, 33 Welding Research Supplement, 193-198.

Leicester RH, Bunker RC (1969) Fracture at butt joints in laminated pine. Forest Prod. J. 19(2):59-60.

Pluvinage G (1992) La rupture du bois et de ses composites. Cépaduès-Editions.

Pramreiter M, Bodner SC, Keckes J, Stadlmann A, Kumpenza C, Müller U (2020) Influence of Fiber Deviation on Strength of Thin Birch (Betula pendula Roth.) Veneers. Materials, 13(7), Article 7. https://doi.org/10.3390/ma13071484

Peignon A, Serra J, Gélard L, Cantarel A, Eyma F, Castanié B (2023) Mode I delamination R-Curve in poplar laminated veneer lumber. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 103982. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2023.103982

Serra J, Bouvet C, Castanié B, Petiot C (2016) Scaling effect in notched composites : The Discrete Ply Model approach. Composite Structures, 148, 127-143. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.03.062

Susainathan JP (2017) Development and characterization of Wood Based Eco-structure, thèse de l'Université de Toulouse.

Xiao Z, Li C, Shu B, Tang S, Yang X, Liu Y (2023) Experimental Study of Mode-I and Mode-II Interlaminar Fracture Characteristics of Poplar LVL. Journal of Renewable Materials, 11(1):245-255. https://doi.org/10.32604/jrm.2023.020751.
# Projet COPEAU BOIS : modification de bois massif pour une utilisation en lunetterie

LAGARDE Hélène<fnref n="1" />, ROY Philippe<fnref n="2" />, BELLONCLE Christophe<fnref n="1" />, BLANCHARD Philippe<fnref n="1" />.

**Mots clefs** : Adhésifs ; Biopolymères ; Bois composite ; Bois souple ; Cintrage ; Compression ; Revêtements.

## Contexte et objectif

Le projet Copeau Bois réunit deux entreprises de la région des Pays de la Loire [MB Production (44) et Bois Cintré du Bocage (85)] ainsi qu'un laboratoire de recherche [LIMBHA – ESB (44)] afin de créer un ou plusieurs matériaux composites innovants, conçus à base ou à partir de bois, pour partie ou en totalité, et utilisables pour la production de montures de lunettes. Ce projet est financé par la Région des Pays de la Loire et a débuté en mai 2021.

L'innovation est issue d'une démarche de R&D qui allie connaissances actuelles sur le bois (composite, collé, massif, souple) au développement de nouveaux composites bois et polymères naturels ou biosourcés. Le bois utilisé pour ce projet est issu de ressources locales (essence et production). L'objectif de ce projet est de modifier les propriétés du bois au travers d'une approche physico-chimique.

## Matériel et méthode

### Mise en place d'un processus d'innovation

Afin de mener à bien ces recherches, une première étape d'innovation pilotée par l'ESB et réunissant les trois acteurs du projet est faite. Dans un premier temps, elle a consisté en une veille sur les productions existantes ou connexes dans l'univers de la lunetterie. Ensuite, une initiation à la démarche innovante a été présentée sous forme d'une « histoire en 3 chapitres » (Fig. 1).

<figure><img src="image_101.png" /><figcaption>Fig. 1 : Explicitation d'un processus d'innovation à mettre en œuvre (Blanchard, 2018).</figcaption></figure>

<footnote n="1">¹Ecole Supérieure du Bois, Nantes, France</footnote>

<footnote n="2">²MB Production, Nantes, France</footnote>

<footnote>helene.lagarde@esb-campus.fr</footnote>
# Projet COPEAU BOIS : modification de bois massif pour une utilisation en lunetterie

LAGARDE Hélène<fnref n="1" />, ROY Philippe<fnref n="2" />, BELLONCLE Christophe<fnref n="1" />, BLANCHARD Philippe<fnref n="1" />.

**Mots clefs** : Adhésifs ; Biopolymères ; Bois composite ; Bois souple ; Cintrage ; Compression ; Revêtements.

## Contexte et objectif

Le projet Copeau Bois réunit deux entreprises de la région des Pays de la Loire [MB Production (44) et Bois Cintré du Bocage (85)] ainsi qu'un laboratoire de recherche [LIMBHA – ESB (44)] afin de créer un ou plusieurs matériaux composites innovants, conçus à base ou à partir de bois, pour partie ou en totalité, et utilisables pour la production de montures de lunettes. Ce projet est financé par la Région des Pays de la Loire et a débuté en mai 2021.

L'innovation est issue d'une démarche de R&D qui allie connaissances actuelles sur le bois (composite, collé, massif, souple) au développement de nouveaux composites bois et polymères naturels ou biosourcés. Le bois utilisé pour ce projet est issu de ressources locales (essence et production). L'objectif de ce projet est de modifier les propriétés du bois au travers d'une approche physico-chimique.

## Matériel et méthode

Mise en place d'un processus d'innovation

Afin de mener à bien ces recherches, une première étape d'innovation pilotée par l'ESB et réunissant les trois acteurs du projet est faite. Dans un premier temps, elle a consisté en une veille sur les productions existantes ou connexes dans l'univers de la lunetterie. Ensuite, une initiation à la démarche innovante a été présentée sous forme d'une « histoire en 3 chapitres » (Fig. 1).

<figure><img src="image_102.png" /><figcaption>Fig. 1 : Explicitation d'un processus d'innovation à mettre en œuvre (Blanchard, 2018).</figcaption></figure>

<footnote n="1">¹Ecole Supérieure du Bois, Nantes, France</footnote>

<footnote n="2">²MB Production, Nantes, France</footnote>

<footnote>helene.lagarde@esb-campus.fr</footnote>
- Le premier temps doit permettre d'identifier plusieurs *Phares*. En phase de découverte, c'est la définition d'un challenge à relever (ne pas trouver de solutions).

- Le deuxième temps est consacré à rechercher des *Cartes au trésor*. En phase d'imagination, elles traduisent l'élaboration de concepts (sous forme de fiches-idées) pour atteindre le phare choisi.

- Enfin, le troisième temps est dédié au *Trésor ou drapeau d'arrivée*. En phase de production, il marque la fourniture du livrable.

L'exercice se déroulant sur trois journées avait pour objectif de bien cerner :

- Le besoin (et l'objet résultant) du projet,

- La matière à utiliser (sous quelle forme),

- Le procédé de transformation novateur et performant.

À la fin de la troisième séance, un tableau récapitulatif des propositions a été établi (Tab. 1).

<table><caption>Tab. 1 : Récapitulatif des propositions trouvées lors du processus d'innovation.</caption><thead><tr><th></th><th>besoin (objet) • mercredi 5 mai 2021</th><th>matière • mercredi 28 mai 2021</th><th>procédé • mardi 1er juin 2021</th></tr></thead><tbody><tr><td>★★★</td><td>A. modèle "ajustable"<br>B. réduction du nombre de pièces</td><td>F. flexibilité (ensemble ou branches)</td><td>K. bon rendement matière<br>L. répétable<br>M. identifiable</td></tr><tr><td>★★★</td><td>C. verres et montures Interchangeables</td><td>G. copeau monobloc formable</td><td>N. simple</td></tr><tr><td>★</td><td>D. pliable (tente 2 secondes)<br>E. personnalisation, design</td><td>H. éco-circulaire, biosourcé, recyclable<br>I. bois "transparent"<br>J. choix d'un ilant efficace</td><td>O. "green", vertueux, éco-circulaire<br>P. robuste<br>Q. polyvalent<br>R. intégrable</td></tr><tr><td>☆</td><td><ul><li>utiliser du bois biosourcé</li><li>imperdable</li><li>ergonomiques (adaptées, ajustables)</li><li>confortables (les oublier)</li><li>jouer avec la symbolique du bois</li><li>correction efficace</li><li>vision parfaite (ni poussière, ni buée )</li><li>captation d'énergie (vers l'autonomie)</li><li>autocorrection devant un écran (Apple)</li><li>plus ou moins monobloc</li><li>articulation des branches</li><li>vintage : monocle, pince-nez</li><li>monture évolutives (au fil des humeurs)</li><li>matériau qui change de couleur</li><li>jouer avec le pastionnement du verre</li></ul></td><td><ul><li>durée de vie du produit</li><li>simplicité (obtention et usage)</li><li>motif "bois" (naturel modifié ou ajout de décor)</li><li>storytelling sur l'objet final</li></ul></td><td><ul><li>pas cher (mise en place, pièces finies)</li><li>automatisé</li><li>rapide</li><li>compatible avec la série (2 000 à 5 000 pièces)</li><li>incontournable</li><li>partie d'un tout (process global)</li><li>s'inspirer ailleurs que dans la lunetterie</li><li>assemblage MDF <=> acétate</li><li>proche de l'univers du jeu</li></ul></td></tr><tr><td>concepts</td><td>1 verre clipsable (c)<br>2 branches emboîtables (d)<br>3 bandeau monobloc (b)</td><td>4 rentons parfois pour plis (f)<br>5 formage du copau (g)<br>6 transformation copeau traitement (g)<br>7 nouvel acétate ou autre (h)<br>8 suite échantillons pré-compressés (f)<br>9 imprégnations différentes (j)</td><td>10 clipsable par le bas (e)<br>11 utilisation des fibres de cellulose pour thermotormer ensuite (h)<br>12 variations placages sur intissés (f)<br>13 intissés en cellulose (h)<br>14 voie enzymatique (h)</td></tr></tbody></table>

Ce tableau présente les idées qui ont découlé de cet exercice avec non seulement un classement en fonction des trois objectifs de départ mais aussi avec un classement par ordre d'importance de l'idée par étoile. Pour définir les concepts d'étude, la priorité a été donnée aux idées avec le nombre d'étoiles le plus important.

## Mise en place des expérimentations : processus de compression puis de réassemblage

Des travaux précédents au sein du laboratoire LIMBHA ont démontré la possibilité de former des baguettes en bois qui sont souples (Irle 2019). Ce résultat peut être obtenu par un jeu de compression, découpe et recollage (Fig. 2, 3).
- Le premier temps doit permettre d'identifier plusieurs Phares. En phase de découverte, c'est la définition d'un challenge à relever (ne pas trouver de solutions).

- Le deuxième temps est consacré à rechercher des Cartes au trésor. En phase d'imagination, elles traduisent l'élaboration de concepts (sous forme de fiches-idées) pour atteindre le phare choisi.

- Enfin, le troisième temps est dédié au Trésor ou drapeau d'arrivée. En phase de production, il marque la fourniture du livrable.

L'exercice se déroulant sur trois journées avait pour objectif de bien cerner :

- Le besoin (et l'objet résultant) du projet,

- La matière à utiliser (sous quelle forme),

- Le procédé de transformation novateur et performant.

À la fin de la troisième séance, un tableau récapitulatif des propositions a été établi (Tab. 1).

<table><caption>Tab. 1 : Récapitulatif des propositions trouvées lors du processus d'innovation.</caption><thead><tr><th></th><th>besoin (objet) • mercredi 5 mai 2021</th><th>matière • mercredi 28 mai 2021</th><th>procédé • mardi 1er juin 2021</th></tr></thead><tbody><tr><td>★★★</td><td>A. modèle "ajustable"<br>B. réduction du nombre de pièces</td><td>F. flexibilité (ensemble ou branches)</td><td>K. bon rendement matière<br>L. répétable<br>M. identifiable</td></tr><tr><td>★★★</td><td>C. verres et montures Interchangeables</td><td>G. copeau monobloc formable</td><td>N. simple</td></tr><tr><td>★</td><td>D. pliable (tente 2 secondes)<br>E. personnalisation, design</td><td>H. éco-circulaire, biosourcée, recyclable<br>I. bois "transparent"<br>J. choix d'un ilant efficace</td><td>O. "green", vertueux, éco-circulaire<br>P. robuste<br>Q. polyvalent<br>R. intégrable</td></tr><tr><td>☆</td><td><ul><li>utiliser du bois biosourcée</li><li>imperdable</li><li>ergonomiques (adaptées, ajustables)</li><li>confortables (les oublier)</li><li>jouer avec la symbolique du bois</li><li>correction efficace</li><li>vision parfaite (ni poussière, ni buée)</li><li>captation d'énergie (vers l'autonomie)</li><li>autocorrection devant un écran (Apple)</li><li>plus ou moins monobloc</li><li>articulation des branches</li><li>vintage: monocle, pince-nez</li><li>monture évolutives (au fil des humeurs)</li><li>matériau qui change de couleur</li><li>jouer avec le pastionnement du verre</li></ul></td><td><ul><li>durée de vie du produit</li><li>simplicité (obtention et usage)</li><li>motif "bois" (naturel modifié ou ajout de décor)</li><li>storytelling sur l'objet final</li></ul></td><td><ul><li>pas cher (mise en place, pièces finies)</li><li>automatisé</li><li>rapide</li><li>compatible avec la série (2 000 à 5 000 pièces)</li><li>incontournable</li><li>partie d'un tout (process global)</li><li>s'inspirer ailleurs que dans la lunetterie</li><li>assemblage MDF <=> acétate</li><li>proche de l'univers du jeu</li></ul></td></tr><tr><td>concepts</td><td>1 verre clipsable (c)<br>2 branches emboîtables (d)<br>3 bandeau monobloc (b)</td><td>4 rentons parfois pour plis (f)<br>5 formage du copau (g)<br>6 transformation copeau traité (g)<br>7 nouvel acétate ou autre (h)<br>8 suite échantillons pré-compressés (f)<br>9 imprégnations différentes (j)</td><td>10 clipsable par le bas (e)<br>11 utilisation des fibres de cellulose pour thermotormer ensuite (h)<br>12 variations placages sur intissés (f)<br>13 intissés en cellulose (h)<br>14 voie enzymatique (h)</td></tr></tbody></table>

Ce tableau présente les idées qui ont découlé de cet exercice avec non seulement un classement en fonction des trois objectifs de départ mais aussi avec un classement par ordre d'importance de l'idée par étoile. Pour définir les concepts d'étude, la priorité a été donnée aux idées avec le nombre d'étoiles le plus important.

## Mise en place des expérimentations : processus de compression puis de réassemblage

Des travaux précédents au sein du laboratoire LIMBHA ont démontré la possibilité de former des baguettes en bois qui sont souples (Irle 2019). Ce résultat peut être obtenu par un jeu de compression, découpe et recollage (Fig. 2, 3).
<figure><img src="image_102.png" /><figcaption>Fig. 2 : Schéma du processus de fabrication du nouveau composite bois.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_103.png" /><figcaption>Fig. 3 : Schéma d'une plaquette de composite bois vue de côté (en haut) et image de cette plaquette vue d'en haut.</figcaption></figure>

## Résultats et discussion

Une vingtaine de baguettes flexibles pouvant être utilisées comme branches sont développées. Le bois massif est dans un premier temps compressé dans le sens radial avec un taux de compression finale de 20%. Ce bois transformé est ensuite coupé en cube d'environ 2 x 2 x 0.5 cm puis réassemblé dans une structure différente à l'aide d'une colle vinyleque. Cette même expérience est faite sur du peuplier non compressé et sur du peuplier compressé. Pour chaque condition, 3 baguettes sont faites et testées sur un banc mécanique avec une analyse de la flexion 3 points. La vitesse est fixée à 10 mm/min. Comme il est possible de le constater sur la Fig. 4, la compression améliore nettement la flexibilité de la baguette.

Il est aussi possible de former des plaquettes de dimensions 160 x 60 x 5 mm selon ce même principe (Fig. 5).

## Conclusion et perspectives

Les travaux de recherche menés ont permis d'obtenir plusieurs avancées sur l'utilisation de bois massif en lunetterie. L'utilisation de bois massif compressé et réassemblé dans une autre configuration a aussi donné des résultats. Cependant, il reste encore des verrous à lever. C'est
<figure><img src="image_103.png" /><figcaption>Fig. 2 : Schéma du processus de fabrication du nouveau composite bois.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_104.png" /><figcaption>Fig. 3 : Schéma d'une plaquette de composite bois vue de côté (en haut) et image de cette plaquette vue d'en haut.</figcaption></figure>

## Résultats et discussion

Une vingtaine de baguettes flexibles pouvant être utilisées comme branches sont développées. Le bois massif est dans un premier temps compressé dans le sens radial avec un taux de compression finale de 20%. Ce bois transformé est ensuite coupé en cube d'environ 2 x 2 x 0.5 cm puis réassemblé dans une structure différente à l'aide d'une colle vinyleque. Cette même expérience est faite sur du peuplier non compressé et sur du peuplier compressé. Pour chaque condition, 3 baguettes sont faites et testées sur un banc mécanique avec une analyse de la flexion 3 points. La vitesse est fixée à 10 mm/min. Comme il est possible de le constater sur la Fig. 4, la compression améliore nettement la flexibilité de la baguette.

Il est aussi possible de former des plaquettes de dimensions 160 x 60 x 5 mm selon ce même principe (Fig. 5).

## Conclusion et perspectives

Les travaux de recherche menés ont permis d'obtenir plusieurs avancées sur l'utilisation de bois massif en lunetterie. L'utilisation de bois massif compressé et réassemblé dans une autre configuration a aussi donné des résultats. Cependant, il reste encore des verrous à lever. C'est
un concept qui nécessite l'utilisation de beaucoup de colle pour arriver au rendu final. Cela se rapproche donc d'un contre-plaqué. De plus, en l'état la forme ne tient pas, une armature métallique serait donc nécessaire pour former des faces ou des branches avec ce nouvel assemblage bois.

<figure><img src="image_104.png" /><figcaption>Fig. 4 : Flexion maximum observée lors de l'analyse des baguettes de bois non compressé (à gauche) et compressé à 20% (à droite).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_105.png" /><figcaption>Fig. 5 : Déformation maximale observée de la face de peuplier compressé.</figcaption></figure>

## Remerciements

Le laboratoire de recherche LIMBHA de l'ESB remercie la Région Pays de la Loire pour l'accompagnement et le financement du projet ainsi que les deux partenaires industriels, MB Production et Bois Cintré du Bocage, qui ont permis de tester les hypothèses de travail à plus grande échelle.

## Références

Blanchard P, Cheour-Eon M (2018) Conception et expérimentation d'un programme d'innovation collaborative pour les industries de la filière bois, 7èmes journées du GDR 3544 « Sciences du bois » - Cluny, 20-22 novembre 2018.

Irle M (2019) A review of methods to increase the flexibility of wood, Bull. Transilv. Univ. Braşov, Ser. II : Forestry, 12 (61), 53-62. https://doi.org/10.31926/but.fwiafe.2019.12.61.2.4.
un concept qui nécessite l'utilisation de beaucoup de colle pour arriver au rendu final. Cela se rapproche donc d'un contre-plaqué. De plus, en l'état la forme ne tient pas, une armature métallique serait donc nécessaire pour former des faces ou des branches avec ce nouvel assemblage bois.

<figure><img src="image_105.png" /><figcaption>Fig. 4 : Flexion maximum observée lors de l'analyse des baguettes de bois non compressé (à gauche) et compressé à 20% (à droite).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_106.png" /><figcaption>Fig. 5 : Déformation maximale observée de la face de peuplier compressé.</figcaption></figure>

## Remerciements

Le laboratoire de recherche LIMBHA de l'ESB remercie la Région Pays de la Loire pour l'accompagnement et le financement du projet ainsi que les deux partenaires industriels, MB Production et Bois Cintré du Bocage, qui ont permis de tester les hypothèses de travail à plus grande échelle.

## Références

Blanchard P, Cheour-Eon M (2018) Conception et expérimentation d'un programme d'innovation collaborative pour les industries de la filière bois, 7èmes journées du GDR 3544 « Sciences du bois » - Cluny, 20-22 novembre 2018.

Irle M (2019) A review of methods to increase the flexibility of wood, Bull. Transilv. Univ. Braşov, Ser. II : Forestry, 12 (61), 53-62. https://doi.org/10.31926/but.fwiafe.2019.12.61.2.4.
# Etude comparative du vieillissement du bois lamellé collé sous cycles accélérés et en conditions naturelles

GREFFIER Guilhem¹, ESPINOSA Luis¹, EYMA Florent¹, PERRIN Marianne¹

¹ Institut Clément Ader (ICA), CNRS UMR 5312, Université de Toulouse, IUT de Tarbes, UPS, France
guilhem.greffier@iut-tarbes.fr

**Mots clefs** : Durabilité ; Bois Lamellé Collé ; Ouvrages d'arts ; Mécanismes de rupture

## Introduction

Aujourd'hui, l'utilisation du bois et particulièrement du lamellé collé (LC) comme alternative aux matériaux de constructions dits « traditionnels » tels que le béton et l'acier permet de diminuer l'impact environnemental de la construction d'ouvrages d'arts (Hill 2019, Hurmekoski 2017). Le bois LC est constitué de lamelles de bois aboutées et collées entre elles, permettant de créer des portées et des sections adaptées à la plupart des ouvrages d'arts de petite longueur (inférieure à 50m) (Glulam Handbook 2018, Le Roy 2013).

S'il existe des études sur le comportement à long terme du bois massif basées sur le modèle de la courbe de madison (Wood 1947) pour les classes d'emploi 1 ou 2 au sens de la norme EN 335 (AFNOR 2013) qui ont permis de définir les exigences des codes de calcul, le comportement à long terme du bois LC, particulièrement en extérieur, n'est pas suffisamment documenté (Ehrhart et al. 2021). Les coefficients de sécurité appliqués au bois lamellé-collé dans l'Eurocode 5 sont issus d'études sur du bois massif (AFNOR 2005a, 2005b, Racher et al. 1996) et ne prennent donc pas en côté la spécificité de ce matériau avec la présence de joints de colle.

Dans ce contexte, des essais accélérés ont été réalisés à l'Institut Clément Ader (Uwizeyimana 2021). Ces essais ont mis en évidence un affaiblissement des propriétés mécaniques en flexion du bois LC de l'ordre de 43.5% après 17 cycles d'humidification séchage (H/S) (Uwizeyimana et al. 2023). Ces résultats ont conduit à la réalisation d'essais en condition naturelle avec des éprouvettes instrumentées, chargées et non chargées, exposées en extérieur sur le site de l'IUT de Tarbes. L'objectif de ce travail est donc d'identifier l'impact des cycles H/S naturels combinés aux effets du chargement sur l'évolution des propriétés mécaniques du bois LC, et de les comparer aux résultats obtenus avec les cycles accélérés. Dans ce cadre, des essais en cisaillement sur les joints de colle et des essais de flexion statique sur les éprouvettes en bois LC ont été réalisés tous les 6 mois.

## Matériel et méthodes

### Vieillissement du bois LC

Une campagne d'essais en extérieur a été initiée en août 2020 pour une durée de 5 ans. 198 éprouvettes en bois LC constituées de trois lamelles de Douglas collées avec de la colle polyuréthane ont été fabriquées. Le Douglas a été l'essence choisie car elle fait partie des plus courantes dans l'industrie du lamellé collé pour une utilisation en structure extérieure.

Les éprouvettes mesurent 480mm de long pour une section de 30x30mm. Ces sections ont été définies selon la norme EN408 (AFNOR, 2012). Trois scénarios de vieillissement distincts sont étudiés, 66 éprouvettes sont exposées en conditions extérieures avec une charge de 60 daN en
# Etude comparative du vieillissement du bois lamellé collé sous cycles accélérés et en conditions naturelles

GREFFIER Guilhem¹, ESPINOSA Luis¹, EYMA Florent¹, PERRIN Marianne¹

¹ Institut Clément Ader (ICA), CNRS UMR 5312, Université de Toulouse, IUT de Tarbes, UPS, France
guilhem.greffier@iut-tarbes.fr

**Mots clefs** : Durabilité ; Bois Lamellé Collé ; Ouvrages d'arts ; Mécanismes de rupture

## Introduction

Aujourd'hui, l'utilisation du bois et particulièrement du lamellé collé (LC) comme alternative aux matériaux de constructions dits « traditionnels » tels que le béton et l'acier permet de diminuer l'impact environnemental de la construction d'ouvrages d'arts (Hill 2019, Hurmekoski 2017). Le bois LC est constitué de lamelles de bois aboutées et collées entre elles, permettant de créer des portées et des sections adaptées à la plupart des ouvrages d'arts de petite longueur (inférieure à 50m) (Glulam Handbook 2018, Le Roy 2013).

S'il existe des études sur le comportement à long terme du bois massif basées sur le modèle de la courbe de madison (Wood 1947) pour les classes d'emploi 1 ou 2 au sens de la norme EN 335 (AFNOR 2013) qui ont permis de définir les exigences des codes de calcul, le comportement à long terme du bois LC, particulièrement en extérieur, n'est pas suffisamment documenté (Ehrhart et al. 2021). Les coefficients de sécurité appliqués au bois lamellé-collé dans l'Eurocode 5 sont issus d'études sur du bois massif (AFNOR 2005a, 2005b, Racher et al. 1996) et ne prennent donc pas en côté la spécificité de ce matériau avec la présence de joints de colle.

Dans ce contexte, des essais accélérés ont été réalisés à l'Institut Clément Ader (Uwizeyimana 2021). Ces essais ont mis en évidence un affaiblissement des propriétés mécaniques en flexion du bois LC de l'ordre de 43.5% après 17 cycles d'humidification séchage (H/S) (Uwizeyimana et al. 2023). Ces résultats ont conduit à la réalisation d'essais en condition naturelle avec des éprouvettes instrumentées, chargées et non chargées, exposées en extérieur sur le site de l'IUT de Tarbes. L'objectif de ce travail est donc d'identifier l'impact des cycles H/S naturels combinés aux effets du chargement sur l'évolution des propriétés mécaniques du bois LC, et de les comparer aux résultats obtenus avec les cycles accélérés. Dans ce cadre, des essais en cisaillement sur les joints de colle et des essais de flexion statique sur les éprouvettes en bois LC ont été réalisés tous les 6 mois.

## Matériel et méthodes

### Vieillissement du bois LC

Une campagne d'essais en extérieur a été initiée en août 2020 pour une durée de 5 ans. 198 éprouvettes en bois LC constituées de trois lamelles de Douglas collées avec de la colle polyuréthane ont été fabriquées. Le Douglas a été l'essence choisie car elle fait partie des plus courantes dans l'industrie du lamellé collé pour une utilisation en structure extérieure.

Les éprouvettes mesurent 480mm de long pour une section de 30x30mm. Ces sections ont été définies selon la norme EN408 (AFNOR, 2012). Trois scénarios de vieillissement distincts sont étudiés, 66 éprouvettes sont exposées en conditions extérieures avec une charge de 60 daN en
flexion 4 points, 66 éprouvettes sont exposées à l'extérieur sans chargement et 66 éprouvettes sont conservées dans une pièce à température et humidité régulée à 20° et 40% HR comme référence. 6 éprouvettes de chaque série sont équipées du système d'instrumentation développé dans notre laboratoire (Uwizeyimana et al. 2020) permettant d'avoir un suivi de l'humidité et des déformations dans le bois LC.

## Essais de flexion

Pour chaque série d'essais ; 5 éprouvettes de chaque condition de vieillissement sont sélectionnées pour réaliser des essais en flexion 4 points (Fig. 1). Le dispositif d'essai est basé sur les recommandations de la norme NF EN 408 (AFNOR 2012).

<figure><img src="image_106.png" /><figcaption>Fig. 1 : Dispositif d'essais en flexion 4 points</figcaption></figure>

Les essais sont réalisés à l'aide d'une machine d'essai électromécanique MTS100 avec une cellule de chargement de 100 kN. La mesure de déformation au centre de l'éprouvette est réalisée par l'intermédiaire d'un capteur LVDT Solartron AX5S. Les essais mécaniques sont filmés par une caméra standard pour permettre une analyse à posteriori des mécanismes de rupture.

La contrainte maximale est déterminée d'après la norme NF EN 408 (AFNOR 2012)

## Résultats

### Evolution des propriétés mécaniques

Les essais mécaniques réalisés après les essais accélérés (Fig. 2) ont mis en évidence une diminution importante des propriétés mécaniques dès le premier cycle H/S, puis une diminution graduelle des propriétés entre les 7ème et 13ème cycles. Ensuite les propriétés ne diminuent plus jusqu'au 17ème cycle (Uwizeyimana et al. 2023).

<figure><img src="image_107.png" /><figcaption>Fig. 2 : Evolution de la résistance à la rupture en fonction du nombre de cycle H/S
(Uwizeyimana et al., 2023)</figcaption></figure>
flexion 4 points, 66 éprouvettes sont exposées à l'extérieur sans chargement et 66 éprouvettes sont conservées dans une pièce à température et humidité régulée à 20° et 40% HR comme référence. 6 éprouvettes de chaque série sont équipées du système d'instrumentation développé dans notre laboratoire (Uwizeyimana et al. 2020) permettant d'avoir un suivi de l'humidité et des déformations dans le bois LC.

## Essais de flexion

Pour chaque série d'essais ; 5 éprouvettes de chaque condition de vieillissement sont sélectionnées pour réaliser des essais en flexion 4 points (Fig. 1). Le dispositif d'essai est basé sur les recommandations de la norme NF EN 408 (AFNOR 2012).

<figure><img src="image_107.png" /><figcaption>Fig. 1 : Dispositif d'essais en flexion 4 points</figcaption></figure>

Les essais sont réalisés à l'aide d'une machine d'essai électromécanique MTS100 avec une cellule de chargement de 100 kN. La mesure de déformation au centre de l'éprouvette est réalisée par l'intermédiaire d'un capteur LVDT Solartron AX5S. Les essais mécaniques sont filmés par une caméra standard pour permettre une analyse à posteriori des mécanismes de rupture.

La contrainte maximale est déterminée d'après la norme NF EN 408 (AFNOR 2012)

## Résultats

### Evolution des propriétés mécaniques

Les essais mécaniques réalisés après les essais accélérés (Fig. 2) ont mis en évidence une diminution importante des propriétés mécaniques dès le premier cycle H/S, puis une diminution graduelle des propriétés entre les 7ème et 13ème cycles. Ensuite les propriétés ne diminuent plus jusqu'au 17ème cycle (Uwizeyimana et al. 2023).

<figure><img src="image_108.png" /><figcaption>Fig. 2 : Evolution de la résistance à la rupture en fonction du nombre de cycle H/S (Uwizeyimana et al., 2023)</figcaption></figure>
Lors des essais en conditions extérieures (Fig. 3), les propriétés mécaniques obtenues après 6 mois sont du même ordre de grandeur que celles obtenues après 1 cycle H/S accéléré.

Une tendance à la baisse des propriétés est observée pour les échantillons testés après 12 mois en extérieur avec un résistance moyenne proche de celle obtenue après le 7ème cycle accéléré avec une diminution de l'ordre de 20% de la contrainte à la rupture en flexion.

Les écarts types entre les éprouvettes restent importants au regard des pertes de propriétés mesurées.

<figure><img src="image_108.png" /><figcaption>Fig. 3 : Evolution de la résistance à la rupture en fonction de la durée d'exposition en extérieur</figcaption></figure>

Nous n'observons cependant pas de variance significative de résistance entre les éprouvettes chargées et non chargées.

Au-delà de la diminution des propriétés mécaniques, nous observons lors des essais de flexion une évolution des mécanismes de rupture.

## Evolution des mécanismes de rupture

Lors des essais en flexion nous observons quatre principaux mécanismes de rupture (Fig. 4).

Le mécanisme de rupture de type A présente une courbe force déformation caractéristique avec plusieurs chutes de charge correspondant à des ruptures successives de cernes. Ce type de rupture est séquentiel avec la ruine de l'éprouvette qui intervient après la rupture de tous les cernes.

Le mécanisme de rupture de type B se caractérise par une rupture de l'éprouvette avec un éclatement de sa partie inférieure. Le mécanisme de rupture de type C se caractérise lui par une rupture de l'éprouvette avec une rupture nette perpendiculaire au fil du bois de la partie inférieure. Les ruptures de type B et C sont brutales, tous les cernes cassent de manière simultanée.

Le mécanisme de rupture de type D correspond à une rupture en cisaillement du joint de colle.

L'apparition des mécanismes de rupture en cisaillement s'explique par une diminution nette des propriétés en cisaillement des joints de colle des éprouvettes liés notamment à des délaminations qui ont pu être mesurées. Ce mécanisme de rupture n'a pas été détecté lors des essais sur des éprouvettes soumises à des cycles accélérés.
Lors des essais en conditions extérieures (Fig. 3), les propriétés mécaniques obtenues après 6 mois sont du même ordre de grandeur que celles obtenues après 1 cycle H/S accéléré.

Une tendance à la baisse des propriétés est observée pour les échantillons testés après 12 mois en extérieur avec un résistance moyenne proche de celle obtenue après le 7ème cycle accéléré avec une diminution de l'ordre de 20% de la contrainte à la rupture en flexion.

Les écarts types entre les éprouvettes restent importants au regard des pertes de propriétés mesurées.

<figure><img src="image_109.png" /><figcaption>Fig. 3 : Evolution de la résistance à la rupture en fonction de la durée d'exposition en extérieur</figcaption></figure>

Nous n'observons cependant pas de variance significative de résistance entre les éprouvettes chargées et non chargées.

Au-delà de la diminution des propriétés mécaniques, nous observons lors des essais de flexion une évolution des mécanismes de rupture.

## Evolution des mécanismes de rupture

Lors des essais en flexion nous observons quatre principaux mécanismes de rupture (Fig. 4).

Le mécanisme de rupture de type A présente une courbe force déformation caractéristique avec plusieurs chutes de charge correspondant à des ruptures successives de cernes. Ce type de rupture est séquentiel avec la ruine de l'éprouvette qui intervient après la rupture de tous les cernes.

Le mécanisme de rupture de type B se caractérise par une rupture de l'éprouvette avec un éclatement de sa partie inférieure. Le mécanisme de rupture de type C se caractérise lui par une rupture de l'éprouvette avec une rupture nette perpendiculaire au fil du bois de la partie inférieure. Les ruptures de type B et C sont brutales, tous les cernes cassent de manière simultanée.

Le mécanisme de rupture de type D correspond à une rupture en cisaillement du joint de colle.

L'apparition des mécanismes de rupture en cisaillement s'explique par une diminution nette des propriétés en cisaillement des joints de colle des éprouvettes liés notamment à des délaminations qui ont pu être mesurées. Ce mécanisme de rupture n'a pas été détecté lors des essais sur des éprouvettes soumises à des cycles accélérés.
<figure><img src="image_109.png" /><figcaption>Fig. 4 Identification des différents mécanismes de rupture</figcaption></figure>

Lors des essais il a été observé que les éprouvettes stockées à température et humidité constante ont tendance à rompre selon le mécanisme de rupture A, plus de 50% des éprouvettes pour les éprouvettes de référence des campagnes d'essais accélérés et 60 % pour les éprouvettes référence de la campagne d'essais en extérieur. Après vieillissement le comportement des éprouvettes tend vers des ruptures brutales de type B ou C. Après 17 cycles accélérés toutes les ruptures sont de type B ou C. Après 12 mois d'exposition en extérieur les ruptures de type A ne représentent plus que 20% de l'ensemble des ruptures. La proportion entre les ruptures B, C et D varie en fonction des séries d'essais. Nous n'observons pas d'effet significatifs du chargement sur les mécanismes de rupture.

## Conclusion

Ces résultats permettent de conclure sur la sévérité des cycles accélérés, car le premier cycle H/S semble avoir un effet comparable à 6 mois d'exposition en extérieur. Cependant, concernant les essais en extérieur, compte tenu du faible nombre d'échantillons testés et des écarts types mesurés, il est difficile à ce jour de corréler l'évolution des propriétés mécaniques mesurées avec la durée d'exposition. Les résultats à plus long terme permettront de préciser les
<figure><img src="image_110.png" /><figcaption>Fig. 4 Identification des différents mécanismes de rupture</figcaption></figure>

Lors des essais il a été observé que les éprouvettes stockées à température et humidité constante ont tendance à rompre selon le mécanisme de rupture A, plus de 50% des éprouvettes pour les éprouvettes de référence des campagnes d'essais accélérés et 60 % pour les éprouvettes référence de la campagne d'essais en extérieur. Après vieillissement le comportement des éprouvettes tend vers des ruptures brutales de type B ou C. Après 17 cycles accélérés toutes les ruptures sont de type B ou C. Après 12 mois d'exposition en extérieur les ruptures de type A ne représentent plus que 20% de l'ensemble des ruptures. La proportion entre les ruptures B, C et D varie en fonction des séries d'essais. Nous n'observons pas d'effet significatifs du chargement sur les mécanismes de rupture.

Conclusion

Ces résultats permettent de conclure sur la sévérité des cycles accélérés, car le premier cycle H/S semble avoir un effet comparable à 6 mois d'exposition en extérieur. Cependant, concernant les essais en extérieur, compte tenu du faible nombre d'échantillons testés et des écarts types mesurés, il est difficile à ce jour de corréler l'évolution des propriétés mécaniques mesurées avec la durée d'exposition. Les résultats à plus long terme permettront de préciser les
tendances observées à ce jour. Ainsi, la pertinence des cycles accélérés pour simuler une exposition à long terme en extérieur pourra être évaluée.

Le taux de chargement des éprouvettes en conditions extérieures chargées semble trop faible pour avoir un effet significatif sur les propriétés mécaniques en flexion après seulement un an d'exposition en extérieur.

L'évolution des mécanismes de rupture semble indiquer une modification dans la structure du matériau qui favorise la propagation des fissures entre les cernes. Cependant, à ce stade, nous n'avons pas pu identifier avec certitude l'origine de la modification des mécanismes de rupture en fonction du vieillissement des éprouvettes.

## Remerciements

Les auteurs souhaitent remercier l'agglomération de Tarbes Lourdes Pyrénées, L'IUT de Tarbes et la Région Occitanie pour leur support financier, ainsi qu'Emmanuel LAUGT pour son soutien technique et ses précieux conseils dans le cadre du développement du système de suivi.

## Références

* AFNOR (2005a) NF EN 1995-1-1 : Eurocode 5—Conception et calcul des structures en bois— Partie 1-1 : Généralités—Règles communes et règles pour les bâtiments.

* AFNOR (2005b) NF EN 1995-2 : Eurocode 5—Conception et calcul des structures bois— Partie 2 : Ponts.

* AFNOR (2012) NF EN 408+A1, Structures en bois—Bois de structure et bois lamellé-collé— Détermination de certaines propriétés physiques et mécaniques.

* AFNOR (2013) NF EN 335 : Durabilité du bois et des matériaux à base de bois — Classes d'emploi : définitions, application au bois massif et aux matériaux à base de bois.

* Ehrhart T, Grönquist P, Schilling S, Steiger R, Frangi A (2021) Mechanical properties of European beech glulam after 32 years in a service class 2 environment. In 8th International Network on Timber Engineering Research Meeting 54. https://doi.org/10.3929/ETHZ-B-000506091

* Glulam Handbook (2018) Volume 1—Histoire et développement du bois lamellé. https://handbook.glulam.org/volume-1-1-histoire-et-developpement-du-bois-lamelle-2/

* Hill CAS (2019) The Environmental Consequences Concerning the Use of Timber in the Built Environment. Frontiers in Built Environment, Volume 5. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbuil.2019.00129

* Hurmekoski, E. (2017) Comment la construction en bois peut-elle contribuer à réduire la dégradation de l'environnement ? European Forest Institute, ISBN 978-952-5980-34-9.

* Le Roy R (2013) Ouvrages d'art en bois—Perspectives de développement en France. Présentation aux 2èmes Journées Scientifiques du GDR 3544 Sciences du bois.

* Racher P, Biger JP, Rouger F, Sagot G, Vidon G (1996) Structures en bois aux états limites : Introduction à l'Eurocode 5. STEP 1. Matériaux et bases de calcul. Eyrolles.

* Uwizeyimana P, Perrin M, & Eyma F (2020). Moisture monitoring in glulam timber structures with embedded resistive sensors: Study of influence parameters. Wood Science and Technology, 54(6), 1463-1478. https://doi.org/10.1007/s00226-020-01228-8
tendances observées à ce jour. Ainsi, la pertinence des cycles accélérés pour simuler une exposition à long terme en extérieur pourra être évaluée.

Le taux de chargement des éprouvettes en conditions extérieures chargées semble trop faible pour avoir un effet significatif sur les propriétés mécaniques en flexion après seulement un an d'exposition en extérieur.

L'évolution des mécanismes de rupture semble indiquer une modification dans la structure du matériau qui favorise la propagation des fissures entre les cernes. Cependant, à ce stade, nous n'avons pas pu identifier avec certitude l'origine de la modification des mécanismes de rupture en fonction du vieillissement des éprouvettes.

## Remerciements

Les auteurs souhaitent remercier l'agglomération de Tarbes Lourdes Pyrénées, L'IUT de Tarbes et la Région Occitanie pour leur support financier, ainsi qu'Emmanuel LAUGT pour son soutien technique et ses précieux conseils dans le cadre du développement du système de suivi.

## Références

AFNOR (2005a) NF EN 1995-1-1 : Eurocode 5—Conception et calcul des structures en bois— Partie 1-1 : Généralités—Règles communes et règles pour les bâtiments.

AFNOR (2005b) NF EN 1995-2 : Eurocode 5—Conception et calcul des structures bois— Partie 2 : Ponts.

AFNOR (2012) NF EN 408+A1, Structures en bois—Bois de structure et bois lamellé-collé— Détermination de certaines propriétés physiques et mécaniques.

AFNOR (2013) NF EN 335 : Durabilité du bois et des matériaux à base de bois — Classes d'emploi : définitions, application au bois massif et aux matériaux à base de bois.

Ehrhart T, Grönquist P, Schilling S, Steiger R, Frangi A (2021) Mechanical properties of European beech glulam after 32 years in a service class 2 environment. In 8th International Network on Timber Engineering Research Meeting 54. https://doi.org/10.3929/ETHZ-B-000506091

Glulam Handbook (2018) Volume 1—Histoire et développement du bois lamellé. https://handbook.glulam.org/volume-1-1-histoire-et-developpement-du-bois-lamelle-2/

Hill CAS (2019) The Environmental Consequences Concerning the Use of Timber in the Built Environment. Frontiers in Built Environment, Volume 5. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbuil.2019.00129

Hurmekoski, E. (2017) Comment la construction en bois peut-elle contribuer à réduire la dégradation de l'environnement ? European Forest Institute, ISBN 978-952-5980-34-9.

Le Roy R (2013) Ouvrages d'art en bois—Perspectives de développement en France. Présentation aux 2èmes Journées Scientifiques du GDR 3544 Sciences du bois.

Racher P, Biger JP, Rouger F, Sagot G, Vidon G (1996) Structures en bois aux états limites : Introduction à l'Eurocode 5. STEP 1. Matériaux et bases de calcul. Eyrolles.

Uwizeyimana P, Perrin M, & Eyma F (2020). Moisture monitoring in glulam timber structures with embedded resistive sensors: Study of influence parameters. Wood Science and Technology, 54(6), 1463-1478. https://doi.org/10.1007/s00226-020-01228-8
Uwizeyimana P (2021) Suivi de la santé structurale des infrastructures en bois par intégration de capteurs, thèse de l'Université Toulouse III.. http://thesesups.ups-tlse.fr/4906/

Uwizeyimana, P., Perrin, M., Laügt, E., Larricq, P., & Eyma, F. (2023). Strain measurement in glulam timber for bridges with embedded strain gauges and detection of moisture-variation effects. Wood Material Science & Engineering, 0(0), 1-11.
https://doi.org/10.1080/17480272.2023.2165147

Wood L.W. (1947). Behavior of wood under continued loading. US Department of Agriculture, Forest Service.
Uwizeyimana P (2021) Suivi de la santé structurale des infrastructures en bois par intégration de capteurs, thèse de l'Université Toulouse III.. http://thesesups.ups-tlse.fr/4906/

Uwizeyimana, P., Perrin, M., Laügt, E., Larricq, P., & Eyma, F. (2023). Strain measurement in glulam timber for bridges with embedded strain gauges and detection of moisture-variation effects. Wood Material Science & Engineering, 0(0), 1-11.
https://doi.org/10.1080/17480272.2023.2165147

Wood L.W. (1947). Behavior of wood under continued loading. US Department of Agriculture, Forest Service.
# Modélisation de l'hétérogénéité des contraintes dans les lamelles aboutées panneautées de chêne :

SOH MBOU Delin¹, BESSEAU Benoît², POT Guillaume¹, VIGUIER Joffrey¹, ROLLE Jecolia¹, MILHE Louis¹

¹Arts et Metiers Institute of Technology, LABOMAP, HESAM Université,
F-71250 Cluny, France

² Ducerf Groupe, Le Bourg, 71120 Vendenesse-lès-Charolles, France
Delin.SOH_MBOU@ensam.eu

**Mots clefs** : Sciage ; chêne ; aboutage ; panneautage ; courçons.

## Contexte et objectifs

### Cadre général

La France est la quatrième nation forestière de l'Union européenne en superficie, et présente la spécificité de contenir 64 % de feuillus (en volume sur pied). Si la ressource en bois résineux et celle en feuillus de première qualité sont bien exploitées, une partie de la forêt est sous-exploitée et est qualifiée de qualité secondaire.

Ces travaux de stage s'inscrivent dans le cadre du projet Transformation et Classement éco-Efficients des Qualités Secondaires de chêne pour leur valorisation en bois d'œuvre (TreCEffiQuaS) financé par l'ADEME et en collaboration avec FCBA et le groupe DUCERF.

Ce projet a pour objectif de proposer des solutions permettant de mieux valoriser les bois feuillus de basse qualité dits de qualité secondaire en maximisant leur transformation en bois d'œuvre (BO) pour la construction d'habitations à haute efficacité énergétique. L'industrie du résineux connaît une grande avance dans le domaine de la construction à la fois pour des raisons historiques et du fait de son caractère plus homogène que le feuillu.

Le but de ce travail est de pouvoir fabriquer des bois collés de lamelles aboutées-panneautées en utilisant du chêne de faible largeur et donc de faible coût économique. La problématique est relative à l'impact de la plus grande hétérogénéité des lamelles de bois feuillus sur leurs propriétés structurelles.

### Cadre mécanique

Il est question ici de faire une évaluation mécanique statique des lamelles aboutées-panneautées de feuillus en traction en considérant uniquement le comportement élastique de la lamelle. Les courçons utilisés sont supposés homogènes (seuls leurs modules d'élasticité moyens sont considérés) et l'hétérogénéité est considérée à l'échelle de la lamelle de par la variabilité des propriétés d'un courçon à un autre.

## Matériel et Méthode

### Echantillonnage et mesures non-destructives

Pour un lot de 365 courçons, le module dynamique en traction-compression Edyn a été mesuré par mesures vibratoires avec la machine BING « Beam Identification by Non-Destructive testing » développée par le CIRAD (Brancheriau et al. 2007). Les modes propres de chaque courçon sont sollicités suite à une excitation longitudinale ou transversale. Les fréquences propres sont alors obtenues par analyse de ce signal par transformée de Fourier. La première