significant between samples modified in two different oils. The increase in surface hardness in heat treatment at lower temperature (around 150 °C), can occur as a result of lignin condensation and creation of new chemical bonds (Juizo et al. 2020). However, increasing the heat treatment temperature caused a decrease in hardness due to the destruction of the components of the cell wall (Ghasemi et al. 2023, Fang et al. 2012).

## Effect of modification on impact bending

The results showed that thermal modification caused a significant and severe reduction in impact bending resistance (Fig. 5). The untreated control sample had the highest impact resistance. The impact bending resistance decreased as the temperature increased. Modified samples in epoxy soybean oil at 150 and 175 °C had more impact resistance. This increase was significant in ESO150. There was no significant difference between the impact resistances of modified wood in two types of oil at a temperature of 200 °C.

<figure><img src="image_141.png" /><figcaption>Fig. 5. Impact bending resistance of control and modified samples</figcaption></figure>

Destroying the components of the cell wall during heat treatment led to brittleness of wood. High treatment temperature increases the intensity of the wall destruction led to decrease of impact bending resistance (Yang and Jin, 2021). In comparison between the two types of oil, samples modified in epoxy soybean oil with temperatures of 150 and 175 °C had higher impact resistance than the samples modified with crude oil. Ghasemi et al. (2023) and Terziev and Panov (2010) also reported an increase in the impact resistance of wood saturated with epoxy oil compared to crude oil. Impregnation of wood with epoxy oil due to the ability of oil to penetrate the cell wall and the placement of long chains of oil between cellulose microfibrils caused the weakening of the bond between the components of the cell wall and increased flexibility and as a result increased impact resistance (Ghasemi et al. 2023). However, increasing the modification temperature to 200°C increased the rigidity of the cell wall and as a result reduced flexibility and subsequently reduced impact resistance due to the formation of cross linkage.

## Conclusion

In general there were not significant differences between bending resistance and hardness of samples modified in two kinds of oils. Except for sample modified in epoxy oil at 150°C, which showed significant reduction in bending resistance compare to SO150. Oil heat treatment decreased bending resistance. However hardness increased at 150°C and then decreased with increasing temperature. Oil heat treatment caused a sharp reduction in impact bending resistance. The impact resistance of the samples modified in epoxy oil at 150°C was higher than the samples modified in the crude oil.
significant between samples modified in two different oils. The increase in surface hardness in heat treatment at lower temperature (around 150 °C), can occur as a result of lignin condensation and creation of new chemical bonds (Juizo et al. 2020). However, increasing the heat treatment temperature caused a decrease in hardness due to the destruction of the components of the cell wall (Ghasemi et al. 2023, Fang et al. 2012).

## Effect of modification on impact bending

The results showed that thermal modification caused a significant and severe reduction in impact bending resistance (Fig. 5). The untreated control sample had the highest impact resistance. The impact bending resistance decreased as the temperature increased. Modified samples in epoxy soybean oil at 150 and 175 °C had more impact resistance. This increase was significant in ESO150. There was no significant difference between the impact resistances of modified wood in two types of oil at a temperature of 200 °C.

<figure><img src="image_142.png" /><figcaption>Fig. 5. Impact bending resistance of control and modified samples</figcaption></figure>

Destroying the components of the cell wall during heat treatment led to brittleness of wood. High treatment temperature increases the intensity of the wall destruction led to decrease of impact bending resistance (Yang and Jin, 2021). In comparison between the two types of oil, samples modified in epoxy soybean oil with temperatures of 150 and 175 °C had higher impact resistance than the samples modified with crude oil. Ghasemi et al. (2023) and Terziev and Panov (2010) also reported an increase in the impact resistance of wood saturated with epoxy oil compared to crude oil. Impregnation of wood with epoxy oil due to the ability of oil to penetrate the cell wall and the placement of long chains of oil between cellulose microfibrils caused the weakening of the bond between the components of the cell wall and increased flexibility and as a result increased impact resistance (Ghasemi et al. 2023). However, increasing the modification temperature to 200°C increased the rigidity of the cell wall and as a result reduced flexibility and subsequently reduced impact resistance due to the formation of cross linkage.

## Conclusion

In general there were not significant differences between bending resistance and hardness of samples modified in two kinds of oils. Except for sample modified in epoxy oil at 150°C, which showed significant reduction in bending resistance compare to SO150. Oil heat treatment decreased bending resistance. However hardness increased at 150°C and then decreased with increasing temperature. Oil heat treatment caused a sharp reduction in impact bending resistance. The impact resistance of the samples modified in epoxy oil at 150°C was higher than the samples modified in the crude oil.
References

Fang CH, Cloutier A, Blanchet P, Koubae A (2012) Densification of wood veneers combined with oil-heat treatment Part 2: Hygroscopicity and mechanical properties, Bioresources, 6(1): 925-935.

Ghasemi M, Dastoorian F, Abedini R, Amininasab M (2023) Effect of Combined Heat Treatment/Densification on Mechanical Properties of Poplar Wood Impregnated with epoxidized soybean oil, Journal of wood and forest science and technology 30(2):137-125 (in Persian).

Juizo CGF, Pereira da Rocha M, Nogueira Xavier C, Moreira Moraes A, Bezerra de Oliveira M, Moreira da Silva JR, (2020) Thermal Modification Of Eucalyptus Wood And Use For Floors Of Low Traffic Environment. FLORESTA, Curitiba, 51(2):457-465.

Kocaef D, Poncsak S, Boluk Y, (2008) Effect of thermal treatment on the chemical composition and mechanical properties of birch and aspen, BioResources, 3: 517-537.

Lee SH, Ashaari Z, Lum WCH, Halip JA, Ang AF, Tan LP, Chin KL, Tahir PM, Thermal treatment of wood using vegetable oils: A review, 2018. Construction and Building Materials, 181: 408-419.

Megnis M, Olsson T, Varna J, Lindberg H, (2002) Mechanical performance of linseed oil impregnated pine as correlated to the take-up level, Wood Science Technology, 36: 1-18.

Nejad M, Dadbin M, Cooper, P, (2019) Coating performance on exterior oil-heat treated wood. Coatings, 9(4): 225.

Sandberg D, Kutnar A, Mantanis G, (2017) Wood modification technologies - a review, iForest biogeosciences and Forestry, 10: 895-908.

Terziev N, Panov D (2010) Plant Oils As “Green” substances for wood protection. In: 4th international conference on environmentally compatible forest products, At Porto, Portugal, p. 143-149.

Tjeerdsma BF, Swager P, Horstman B, Holleboom W, Homan J (2005) Process development of treatment of wood with modified hot oil, European Conference on Wood Modification, Göttingen, Germany, p. 1-10.

Yang L, Jin H, (2021) Effect of Heat Treatment on the Physic-Mechanical Characteristics of Eucalyptusurophylla S.T. Blake, Materials, 14(21):6643.
## References

Fang CH, Cloutier A, Blanchet P, Koubae A (2012) Densification of wood veneers combined with oil-heat treatment Part 2: Hygroscopicity and mechanical properties, Bioresources, 6(1): 925-935.

Ghasemi M, Dastoorian F, Abedini R, Amininasab M (2023) Effect of Combined Heat Treatment/Densification on Mechanical Properties of Poplar Wood Impregnated with epoxidized soybean oil, Journal of wood and forest science and technology 30(2):137-125 (in Persian).

Juizo CGF, Pereira da Rocha M, Nogueira Xavier C, Moreira Moraes A, Bezerra de Oliveira M, Moreira da Silva JR, (2020) Thermal Modification Of Eucalyptus Wood And Use For Floors Of Low Traffic Environment. FLORESTA, Curitiba, 51(2):457-465.

Kocaef D, Poncsak S, Boluk Y, (2008) Effect of thermal treatment on the chemical composition and mechanical properties of birch and aspen, BioResources, 3: 517-537.

Lee SH, Ashaari Z, Lum WCH, Halip JA, Ang AF, Tan LP, Chin KL, Tahir PM, Thermal treatment of wood using vegetable oils: A review, 2018. Construction and Building Materials, 181: 408-419.

Megnis M, Olsson T, Varna J, Lindberg H, (2002) Mechanical performance of linseed oil impregnated pine as correlated to the take-up level, Wood Science Technology, 36: 1-18.

Nejad M, Dadbin M, Cooper, P, (2019) Coating performance on exterior oil-heat treated wood. Coatings, 9(4): 225.

Sandberg D, Kutnar A, Mantanis G, (2017) Wood modification technologies - a review, iForest biogeosciences and Forestry, 10: 895-908.

Terziev N, Panov D (2010) Plant Oils As “Green” substances for wood protection. In: 4th international conference on environmentally compatible forest products, At Porto, Portugal, p. 143-149.

Tjeerdsma BF, Swager P, Horstman B, Holleboom W, Homan J (2005) Process development of treatment of wood with modified hot oil, European Conference on Wood Modification, Göttingen, Germany, p. 1-10.

Yang L, Jin H, (2021) Effect of Heat Treatment on the Physic-Mechanical Characteristics of Eucalyptusurophylla S.T. Blake, Materials, 14(21):6643.
# Etude du vieillissement de contreplaqués collés par résines thermoplastiques et renforcés par fibres naturelles

PRUNIER Clément¹, ROUSSEAU Jérôme¹, BUTAUD Pauline², JEANNIN Thomas³,
PLACET Vincent³

¹Laboratoire DRIVE, Université de Bourgogne, 49, rue Mademoiselle Bourgeois, BP 31
58027 Nevers, clement.prunier@u-bourgogne.fr, jerome.rousseau@u-bourgogne.fr

²Institut FEMTO-ST, SUPMICROTECH, Université de Franche-Comté, CNRS, F-25000
Besançon, France, pauline.buttaud@univ-fcomte.fr

³Institut FEMTO-ST, Université de Franche-Comté, CNRS, F-25000 Besançon, France
thomas.jeannin@femto-st.fr, vincent.placet@univ-fcomte.fr

**Mots clefs** : Vieillissement, contreplaqués, fibres naturelles, thermoplastiques, cisaillement interlaminaire

## Contexte et objectifs

La plupart des contreplaqués industriels classiques utilisent des colles pétros源cées non
recyclables et à base de formaldéhyde, un composé nocif pour la santé et possédant un impact
carbone non négligeable. Il est donc nécessaire de proposer des alternatives non-toxiques, à
faible empreinte environnementale et permettant de s'inscrire dans une logique de circularité
(matériaux biosourcés, recyclés et recyclables). Parmi elles, les résines thermoplastiques ont
montré des résultats très prometteurs sur le plan de la résistance au cisaillement interlaminaire,
en permettant parfois d'obtenir des résultats supérieurs à celles des colles traditionnelles
(Grigsby et al. 2020; Kajaks et al. 2009).

L'ajout de fibres aux interfaces entre placages est une solution permettant d'améliorer les performances à l'interface des contreplaqués. En fonction de l'adhésif utilisé, l'ajout de fibres naturelles de lin ou de cellulose à l'interface peut améliorer la résistance au cisaillement interlaminaire (Jorda et al. 2021).

Quelle que soit la modification de la composition de l'interface des contreplaqués, il est nécessaire d'étudier l'évolution de leurs propriétés dans le temps et dans différentes conditions hygrothermiques, afin de pouvoir définir leur classe d'application (Grigsby et al. 2020; Kajaks et al. 2009). L'effet de la présence de fibres à l'interface entre placages sur le comportement en vieillissement du contreplaqué n'a pas encore été étudié. Cependant, certaines études se plaçant à l'échelle du composite montrent que les composites utilisant des fibres naturelles comme renforts subissent une dégradation importante de leurs propriétés mécaniques après avoir subi un processus de vieillissement accéléré (Assarar et al. 2011).

Dans cette étude, le vieillissement de contreplaqués collés par résines thermoplastiques (polypropylène recyclé greffé anhydride maléique (rPPAM) et résine d'acide polylactique (PLA), avec présence ou non de renforts en fibres unidirectionnelles de lin à l'interface, est étudié. Les performances de l'interface et leur évolution sont évaluées à l'aide d'un essai de résistance au cisaillement interlaminaire (notée ILSS pour Interlaminar Shear Strength), selon la norme EN302.

## Matériel et méthodes

La résistance au cisaillement interlaminaire (ILSS) est mesurée par un essai de traction sur une éprouvette entaillée d'une largeur de 3 mm de chaque côté jusqu'à l'interface entre les placages
# Etude du vieillissement de contreplaqués collés par résines thermoplastiques et renforcés par fibres naturelles

PRUNIER Clément¹, ROUSSEAU Jérôme¹, BUTAUD Pauline², JEANNIN Thomas³,
PLACET Vincent³

¹Laboratoire DRIVE, Université de Bourgogne, 49, rue Mademoiselle Bourgeois, BP 31
58027 Nevers, [clement.prunier@u-bourgogne.fr](mailto:clement.prunier@u-bourgogne.fr), [jerome.rousseau@u-bourgogne.fr](mailto:jerome.rousseau@u-bourgogne.fr)

²Institut FEMTO-ST, SUPMICROTECH, Université de Franche-Comté, CNRS, F-25000 Besançon, France, [pauline.buttaud@univ-fcomte.fr](mailto:pauline.buttaud@univ-fcomte.fr)

³Institut FEMTO-ST, Université de Franche-Comté, CNRS, F-25000 Besançon, France
[thomas.jeannin@femto-st.fr](mailto:thomas.jeannin@femto-st.fr), [vincent.placet@univ-fcomte.fr](mailto:vincent.placet@univ-fcomte.fr)

**Mots clefs** : Vieillissement, contreplaqués, fibres naturelles, thermoplastiques, cisaillement interlaminaire

## Contexte et objectifs

La plupart des contreplaqués industriels classiques utilisent des colles pétrosourcées non recyclables et à base de formaldéhyde, un composé nocif pour la santé et possédant un impact carbone non négligeable. Il est donc nécessaire de proposer des alternatives non-toxiques, à faible empreinte environnementale et permettant de s'inscrire dans une logique de circularité (matériaux biosourcés, recyclés et recyclables). Parmi elles, les résines thermoplastiques ont montré des résultats très prometteurs sur le plan de la résistance au cisaillement interlaminaire, en permettant parfois d'obtenir des résultats supérieurs à celles des colles traditionnelles (Grigsby et al. 2020; Kajaks et al. 2009).

L'ajout de fibres aux interfaces entre placages est une solution permettant d'améliorer les performances à l'interface des contreplaqués. En fonction de l'adhésif utilisé, l'ajout de fibres naturelles de lin ou de cellulose à l'interface peut améliorer la résistance au cisaillement interlaminaire (Jorda et al. 2021).

Quelle que soit la modification de la composition de l'interface des contreplaqués, il est nécessaire d'étudier l'évolution de leurs propriétés dans le temps et dans différentes conditions hygrothermiques, afin de pouvoir définir leur classe d'application (Grigsby et al. 2020; Kajaks et al. 2009). L'effet de la présence de fibres à l'interface entre placages sur le comportement en vieillissement du contreplaqué n'a pas encore été étudié. Cependant, certaines études se plaçant à l'échelle du composite montrent que les composites utilisant des fibres naturelles comme renforts subissent une dégradation importante de leurs propriétés mécaniques après avoir subi un processus de vieillissement accéléré (Assarar et al. 2011).

Dans cette étude, le vieillissement de contreplaqués collés par résines thermoplastiques (polypropylène recyclé greffé anhydride maléique (rPPAM) et résine d'acide polylactique (PLA), avec présence ou non de renforts en fibres unidirectionnelles de lin à l'interface, est étudié. Les performances de l'interface et leur évolution sont évaluées à l'aide d'un essai de résistance au cisaillement interlaminaire (notée ILSS pour Interlaminar Shear Strength), selon la norme EN302.

## Matériel et méthodes

La résistance au cisaillement interlaminaire (ILSS) est mesurée par un essai de traction sur une éprouvette entaillée d'une largeur de 3 mm de chaque côté jusqu'à l'interface entre les placages
centraux, créant une surface sollicitée en cisaillement (Fig. 1). Les placages sont constitués de placages de hêtre ou de douglas, respectivement originaires de la région Centre-Val de Loire et Bourgogne-Franche-Comté, avec une épaisseur de respectivement 2 mm et 3 mm. Ils ont été fournis et déroulés par le LaBoMaP, Cluny. Les contreplaqués sont constitués de 6 plis de placages d'une même essence, avec une stratification à [0/90/0/0/90/0], 0° représentant le sens longitudinal du placage et le sens de l'essai (flèches rouges sur la Fig. 1). Les adhésifs étudiés sont une résine de polypropylène recyclée (rPPAM) et fournie par la société Adivalor, mélangé à 5% en masse à un polypropylène greffé à 1% en masse d'anhydride maléique (Polybond 3200®) fourni par la société Brenntag, ainsi qu'une résine PLA (PLE 005®), fournie par la société NaturePlast. Ils ont été mis en forme sous forme de films par extrusion calandrage. Les films ont une épaisseur de 80 µm pour le rPPAM et 100 µm pour le PLA. Lors de la fabrication, deux films de l'adhésif étudié sont placés entre chaque placage. Lorsque l'effet de la présence de renforts fibrés est étudié, des fibres unidirectionnelles de lin (FlaxTape ®), avec une densité surfacique de 110g/m² et fournies par la société Linéo, sont placées à l'interface entre les deux placages centraux, à 0°. L'assemblage se fait ensuite sous une presse de thermocompression, suivant un cycle de fabrication consistant en une montée en température à 15°C/min jusqu'à 180°C, suivi d'une application de pression de 1 MPa pendant 34 min à 66 min en fonction de l'épaisseur de placages, puis d'une redescente en température contrôlée à 20°C/min. Une fois le contreplaqué fabriqué, celui-ci est découpé en 7 éprouvettes selon la norme EN302, puis les éprouvettes sont conditionnées pendant au moins 72h en enceinte climatique à 50% d'humidité relative et 23°C.

<figure><img src="image_142.png" /><figcaption>Fig. 1: Représentation schématique d'une éprouvette de hêtre pour un essai de cisaillement interlaminaire</figcaption></figure>

Deux processus de vieillissement accéléré sont étudiés. Le premier processus (noté Ag1) consiste en un conditionnement de 40 jours dans une enceinte climatique à 90 % d'humidité relative et 40°C (Fig. 2a). Le deuxième processus (noté Ag2) consiste en une immersion des éprouvettes en eau bouillante pendant 6h (Fig. 2b). Dans les deux cas, les éprouvettes sont ensuite reconditionnées en enceinte climatique à 50% RH et 23°C jusqu'à ce qu'elles soient revenues à une teneur en eau d'équilibre, avant d'être testées en cisaillement.

<figure><img src="image_143.png" /><figcaption>Fig. 2: Procédures de vieillissement des éprouvettes :
(a) En enceinte climatique à 40°C 90% RH (Ag1) ; (b) Par immersion en eau bouillante (Ag2)</figcaption></figure>

## Résultats et discussion

Les résultats obtenus pour les éprouvettes ayant subi le processus de vieillissement Ag1 sont présentés en Fig. 3. Les éprouvettes collées au rPPAM non renforcées (sans fibres) (Fig. 3a et
centraux, créant une surface sollicitée en cisaillement (Fig. 1). Les placages sont constitués de placages de hêtre ou de douglas, respectivement originaires de la région Centre-Val de Loire et Bourgogne-Franche-Comté, avec une épaisseur de respectivement 2 mm et 3 mm. Ils ont été fournis et déroulés par le LaBoMaP, Cluny. Les contreplaqués sont constitués de 6 plis de placages d'une même essence, avec une stratification à [0/90/0/0/90/0], 0° représentant le sens longitudinal du placage et le sens de l'essai (flèches rouges sur la Fig. 1). Les adhésifs étudiés sont une résine de polypropylène recyclée (rPPAM) et fournie par la société Adivalor, mélangé à 5% en masse à un polypropylène greffé à 1% en masse d'anhydride maléique (Polybond 3200®) fourni par la société Brenntag, ainsi qu'une résine PLA (PLE 005®), fournie par la société NaturePlast. Ils ont été mis en forme sous forme de films par extrusion calandrage. Les films ont une épaisseur de 80 µm pour le rPPAM et 100 µm pour le PLA. Lors de la fabrication, deux films de l'adhésif étudié sont placés entre chaque placage. Lorsque l'effet de la présence de renforts fibrés est étudié, des fibres unidirectionnelles de lin (FlaxTape ®), avec une densité surfacique de 110g/m² et fournies par la société Linéo, sont placées à l'interface entre les deux placages centraux, à 0°. L'assemblage se fait ensuite sous une presse de thermocompression, suivant un cycle de fabrication consistant en une montée en température à 15°C/min jusqu'à 180°C, suivi d'une application de pression de 1 MPa pendant 34 min à 66 min en fonction de l'épaisseur de placages, puis d'une redecente en température contrôlée à 20°C/min. Une fois le contreplaqué fabriqué, celui-ci est découpé en 7 éprouvettes selon la norme EN302, puis les éprouvettes sont conditionnées pendant au moins 72h en enceinte climatique à 50% d'humidité relative et 23°C.

<figure><img src="image_143.png" /><figcaption>Fig. 1: Représentation schématique d'une éprouvette de hêtre pour un essai de cisaillement interlaminaire</figcaption></figure>

Deux processus de vieillissement accéléré sont étudiés. Le premier processus (noté Ag1) consiste en un conditionnement de 40 jours dans une enceinte climatique à 90 % d'humidité relative et 40°C (Fig. 2a). Le deuxième processus (noté Ag2) consiste en une immersion des éprouvettes en eau bouillante pendant 6h (Fig. 2b). Dans les deux cas, les éprouvettes sont ensuite reconditionnées en enceinte climatique à 50% RH et 23°C jusqu'à ce qu'elles soient revenues à une teneur en eau d'équilibre, avant d'être testées en cisaillement.

<figure><img src="image_144.png" /><figcaption>Fig. 2: Procédures de vieillissement des éprouvettes :
(a) En enceinte climatique à 40°C 90% RH (Ag1) ; (b) Par immersion en eau bouillante (Ag2)</figcaption></figure>

## Résultats et discussion

Les résultats obtenus pour les éprouvettes ayant subi le processus de vieillissement Ag1 sont présentés en Fig. 3. Les éprouvettes collées au rPPAM non renforcées (sans fibres) (Fig. 3a et
3c, barres sans rayure) montrent une très bonne résistance au vieillissement, ainsi qu'une augmentation significative de la valeur d'ILSS après vieillissement pour les éprouvettes de hêtre (Fig 3a). Les éprouvettes de hêtre collées au PLA (Fig 3b) montrent une dégradation de l'ordre de 15% après Ag1. Les éprouvettes de douglas collées au rPPAM ou au PLA ne montrent pas de modification significative de leur valeur d'ILSS lors du vieillissement. Concernant les contreplaqués renforcés, le processus de vieillissement accéléré cause une dégradation significative de la valeur d'ILSS dans toutes les configurations (à l'exception des éprouvettes de douglas collé au rPPAM). Ce phénomène est expliqué par Ghasemzadeh-Barvarz et al. (2015) comme étant dû à des décohésions fibres/matrices apparaissant suite au gonflement et dégonflement des fibres causé par les phénomènes de sorption/désorption lors de la prise d'humidité des fibres.

Les mêmes phénomènes ont été observés sur les éprouvettes collées au MAPP ayant subi le vieillissement accéléré Ag2. Les éprouvettes de PLA se sont entièrement délaminées après Ag2 du fait de la dégradation par hydrolyse de la résine.

<figure><img src="image_144.png" /><figcaption>Fig. 3 : Résistance au cisaillement interlaminaire des contreplaqués de Hêtre (a, b) et Douglas (c,d) collés avec rPPAM et PLA, avec et sans renfort de lin, avant et après vieillissement Ag1</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Les contreplaqués collés au rPPAM ont une très bonne résistance au vieillissement accéléré, ils ne montrent aucune perte significative de résistance au cisaillement interlaminaire. Le rPPAM est donc un adhésif viable pour réaliser des contreplaqués utilisés en conditions hygrothermiques sévères. Le PLA est bien plus sensible aux conditions hygrothermiques, son application devrait donc se limiter à des atmosphères sèches et en intérieur. Le fait que ces deux adhésifs possèdent un impact carbone plus faible que les colles traditionnelles dû à leur origine recyclée ou biosourcée en font des alternatives intéressantes à approfondir. Le renforcement par ajout de fibres naturelles s'est montré défavorable à la résistance au vieillissement des contreplaqués. Il est donc à éviter dans le cas d'applications dans des conditions à fort taux d'humidité.

## Remerciements

Ce travail a été soutenu par le programme « Investissements d'Avenir », projet ISITE-BFC (contrat ANR-15-IDEX-0003) dans le cadre du projet WooFHi.
3c, barres sans rayure) montrent une très bonne résistance au vieillissement, ainsi qu'une augmentation significative de la valeur d'ILSS après vieillissement pour les éprouvettes de hêtre (Fig 3a). Les éprouvettes de hêtre collées au PLA (Fig 3b) montrent une dégradation de l'ordre de 15% après Ag1. Les éprouvettes de douglas collées au rPPAM ou au PLA ne montrent pas de modification significative de leur valeur d'ILSS lors du vieillissement. Concernant les contreplaqués renforcés, le processus de vieillissement accéléré cause une dégradation significative de la valeur d'ILSS dans toutes les configurations (à l'exception des éprouvettes de douglas collé au rPPAM). Ce phénomène est expliqué par Ghasemzadeh-Barvarz et al. (2015) comme étant dû à des décohésions fibres/matrices apparaissant suite au gonflement et dégonflement des fibres causé par les phénomènes de sorption/désorption lors de la prise d'humidité des fibres.

Les mêmes phénomènes ont été observés sur les éprouvettes collées au MAPP ayant subi le vieillissement accéléré Ag2. Les éprouvettes de PLA se sont entièrement délaminées après Ag2 du fait de la dégradation par hydrolyse de la résine.

<figure><img src="image_145.png" /><figcaption>Fig. 3 : Résistance au cisaillement interlaminaire des contreplaqués de Hêtre (a, b) et Douglas (c,d) collés avec rPPAM et PLA, avec et sans renfort de lin, avant et après vieillissement Ag1</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Les contreplaqués collés au rPPAM ont une très bonne résistance au vieillissement accéléré, ils ne montrent aucune perte significative de résistance au cisaillement interlaminaire. Le rPPAM est donc un adhésif viable pour réaliser des contreplaqués utilisés en conditions hygrothermiques sévères. Le PLA est bien plus sensible aux conditions hygrothermiques, son application devrait donc se limiter à des atmosphères sèches et en intérieur. Le fait que ces deux adhésifs possèdent un impact carbone plus faible que les colles traditionnelles dû à leur origine recyclée ou biosourcée en font des alternatives intéressantes à approfondir. Le renforcement par ajout de fibres naturelles s'est montré défavorable à la résistance au vieillissement des contreplaqués. Il est donc à éviter dans le cas d'applications dans des conditions à fort taux d'humidité.

## Remerciements

Ce travail a été soutenu par le programme « Investissements d'Avenir », projet ISITE-BFC (contrat ANR-15-IDEX-0003) dans le cadre du projet WooFHi.
Références

Assarar M., Scida D., El Mahi A.,Poilâne C., Ayad R. (2011) Influence of Water Ageing on Mechanical Properties and Damage Events of Two Reinforced Composite Materials: Flax–Fibres and Glass–Fibres. Materials & Design 32(2): 788–95.

Ghasemzadeh-Barvarz M., Duchesne C., Rodrigue C. (2015) Mechanical, Water Absorption, and Aging Properties of Polypropylene/Flax/Glass Fiber Hybrid Composites'. Journal of Composite Materials 49(30): 3781–98.

Grigsby W.J., Puri, A., Gaugler M., Lüedtke J., Krause A. (2020) Bonding Wood Veneer with Biobased Poly(Lactic Acid) Thermoplastic Polyesters: Potential Applications for Consolidated Wood Veneer and Overlay Products. Fibers 8(8): 50.

Jorda J., Kain G., Barbu M.-C., Petutschnigg A., Král P. (2021) Influence of Adhesive Systems on the Mechanical and Physical Properties of Flax Fiber Reinforced Beech Plywood'. Polymers 13(18): 3086.

Kajaks J.A. Bakradze G.G., Viksne A.V., Reihmane S.A., Kalnins M.M., Krutohvostov R. (2009) The Use of Polyolefins-Based Hot Melts for Wood Bonding. Mechanics of Composite Materials 45(6): 643–50.
Références

Assarar M., Scida D., El Mahi A.,Poilâne C., Ayad R. (2011) Influence of Water Ageing on Mechanical Properties and Damage Events of Two Reinforced Composite Materials: Flax–Fibres and Glass–Fibres. Materials & Design 32(2): 788–95.

Ghasemzadeh-Barvarz M., Duchesne C., Rodrigue C. (2015) Mechanical, Water Absorption, and Aging Properties of Polypropylene/Flax/Glass Fiber Hybrid Composites'. Journal of Composite Materials 49(30): 3781–98.

Grigsby W.J., Puri, A., Gaugler M., Lüedtke J., Krause A. (2020) Bonding Wood Veneer with Biobased Poly(Lactic Acid) Thermoplastic Polyesters: Potential Applications for Consolidated Wood Veneer and Overlay Products. Fibers 8(8): 50.

Jorda J., Kain G., Barbu M.-C., Petutschnigg A., Král P. (2021) Influence of Adhesive Systems on the Mechanical and Physical Properties of Flax Fiber Reinforced Beech Plywood'. Polymers 13(18): 3086.

Kajaks J.A. Bakradze G.G., Viksne A.V., Reihmane S.A., Kalnins M.M., Krutohvostov R. (2009) The Use of Polyolefins-Based Hot Melts for Wood Bonding. Mechanics of Composite Materials 45(6): 643–50.
# Modélisation de l'effet trachéide

BOIVIN Juliette<fnref n="1" />, FROEHLY Luc<fnref n="2" />, GIRARDON Stéphane<fnref n="1" />, TEYSSIEUX Damien<fnref n="2" />,
DENAUD Louis<fnref n="1" />

**Mots clefs :** optique, effet trachéide, diffusion de la lumière

## Contexte et objectifs

Le contrôle non destructif du bois permet de mieux connaître ses propriétés et ainsi le valoriser au mieux. On peut par exemple mesurer la densité locale, le taux d'humidité et les propriétés chimiques du bois grâce à différentes technologies comme les rayons X (Wei 2011), ou la spectroscopie proche infrarouge (Tsuchikawa 2015). Parmi les propriétés importantes à connaître, on trouve également l'orientation des fibres du bois. Celle-ci peut être mesurée localement à l'aide de l'effet trachéide, qui désigne la diffusion anisotropique de la lumière dans et à la surface du matériau bois (Fig. 1). Cet effet est déjà utilisé pour mesurer l'orientation de fibres à la surface du bois et ainsi en estimer les propriétés mécaniques (Hankinson 1921).

<figure><img src="image_145.png" /><figcaption>Fig. 1 : (a) Schéma de la projection d'un laser sur du bois (b) Image de la surface du bois sur laquelle on voit l'ellipse lumineuse obtenue par effet trachéide</figcaption></figure>

Ce phénomène est simple à mettre en œuvre mais est influencé par de nombreux facteurs de variation dépendants de la microstructure du bois que l'on souhaite caractériser ou de la source utilisée. Purba et al. (2020) ont par exemple montré que l'aspect des ellipses obtenues (notamment l'aire) variait selon l'essence utilisée et les conditions d'humidité de l'échantillon (Fig. 2). L'utilisation de la simple information de la valeur de l'angle de l'ellipse surfacique est déjà très riche. Elle a permis à de nombreux auteurs de détecter les nœuds ou de prédire les performances mécaniques de l'échantillon caractérisé (Jolma et al. 2008, Brännström et al. 2008). Peu d'auteurs ont cherché à exploiter d'autres paramètres liés au phénomène lui-même car les facteurs d'influence sont nombreux et difficiles à séparer.

L'exploitation de l'ellipse obtenue dépend donc des paramètres de sa formation, et plus les facteurs exerçant une influence dessus seront identifiés plus l'ellipse sera exploitable pour un traitement numérique permettant de relier ses propriétés à des propriétés physiques ou structurelles du bois.

<footnote n="1">¹Arts et Métiers Sciences et Technologies, LABOMAP, Université Bourgogne Franche-Comté, HESAM Université, F-71250 Cluny, France
Juliette.Boivin@ensam.eu, Louis.Denaud@ensam.eu, Stephane.Girardon@ensam.eu</footnote>

<footnote n="2">² Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique – Sciences et Technologies
(FEMTO – ST) – UMR 6174
Luc.Froehly@univ-fcomte.fr, Damien.Teyssieux@femto-st.fr</footnote>
# Modélisation de l'effet trachéide

BOIVIN Juliette<fnref n="1" />, FROEHLY Luc<fnref n="2" />, GIRARDON Stéphane<fnref n="1" />, TEYSSIEUX Damien<fnref n="2" />,
DENAUD Louis<fnref n="1" />

**Mots clefs :** optique, effet trachéide, diffusion de la lumière

## Contexte et objectifs

Le contrôle non destructif du bois permet de mieux connaître ses propriétés et ainsi le valoriser au mieux. On peut par exemple mesurer la densité locale, le taux d'humidité et les propriétés chimiques du bois grâce à différentes technologies comme les rayons X (Wei 2011), ou la spectroscopie proche infrarouge (Tsuchikawa 2015). Parmi les propriétés importantes à connaître, on trouve également l'orientation des fibres du bois. Celle-ci peut être mesurée localement à l'aide de l'effet trachéide, qui désigne la diffusion anisotropique de la lumière dans et à la surface du matériau bois (Fig. 1). Cet effet est déjà utilisé pour mesurer l'orientation de fibres à la surface du bois et ainsi en estimer les propriétés mécaniques (Hankinson 1921).

<figure><img src="image_146.png" /><figcaption>Fig. 1 : (a) Schéma de la projection d'un laser sur du bois (b) Image de la surface du bois sur laquelle on voit l'ellipse lumineuse obtenue par effet trachéide</figcaption></figure>

Ce phénomène est simple à mettre en œuvre mais est influencé par de nombreux facteurs de variation dépendants de la microstructure du bois que l'on souhaite caractériser ou de la source utilisée. Purba et al. (2020) ont par exemple montré que l'aspect des ellipses obtenues (notamment l'aire) variait selon l'essence utilisée et les conditions d'humidité de l'échantillon (Fig. 2). L'utilisation de la simple information de la valeur de l'angle de l'ellipse surfacique est déjà très riche. Elle a permis à de nombreux auteurs de détecter les nœuds ou de prédire les performances mécaniques de l'échantillon caractérisé (Jolma et al. 2008, Brännström et al. 2008). Peu d'auteurs ont cherché à exploiter d'autres paramètres liés au phénomène lui-même car les facteurs d'influence sont nombreux et difficiles à séparer.

L'exploitation de l'ellipse obtenue dépend donc des paramètres de sa formation, et plus les facteurs exerçant une influence dessus seront identifiés plus l'ellipse sera exploitable pour un traitement numérique permettant de relier ses propriétés à des propriétés physiques ou structurelles du bois.

<footnote n="1">¹Arts et Métiers Sciences et Technologies, LABOMAP, Université Bourgogne Franche-Comté, HESAM Université, F-71250 Cluny, France
Juliette.Boivin@ensam.eu, Louis.Denaud@ensam.eu, Stephane.Girardon@ensam.eu</footnote>

<footnote n="2">² Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique – Sciences et Technologies
(FEMTO – ST) – UMR 6174
Luc.Froehly@univ-fcomte.fr, Damien.Teyssieux@femto-st.fr</footnote>
Le projet présenté par la suite consiste à modéliser l'effet trachéide afin de mieux comprendre le rôle des différents facteurs sur le phénomène de diffusion dans le but d'en déduire d'autres informations sur le bois que l'orientation des fibres.

## Matériel et méthodes

Afin de réaliser des simulations de trajectoires lumineuses, le logiciel OpticStudio a été utilisé. Il s'agit d'un logiciel permettant de faire de la conception et de l'analyse de systèmes optiques.

Le bois a été représenté à l'aide de deux structures :

- Une structure théorique composée d'une matrice de fibres plus ou moins espacées, et dotées de propriétés de diffusion et d'absorption différentes. Cette structure possède l'avantage de contrôler et faire varier facilement les paramètres de la matrice (taille des fibres, espacement, taille de la matrice, forme des fibres...) en se basant sur des données déjà existantes (Ban et al. 2018) (Fig. 2a)

- Une structure réalisée à partir de photographies de coupes de microscope de différentes essences qui sont ensuite extrudées. Avec ce mode opératoire, le modèle est plus proche de la réalité mais on ne dispose que d'un contrôle réduit sur la structure du bois (Fig. 2b)

<figure><img src="image_146.png" /><figcaption>Fig. 2 : (a) Coupe microscopique de douglas extrudée (b) Matrice théorique extrudée (c) Représentation schématique du faisceau laser incident</figcaption></figure>

Le logiciel OpticStudio permet de placer des détecteurs décomptant les rayons lumineux les traversant. Ils sont placés à la surface et à l'intérieur du bois afin de cartographier le parcours des rayons au sein du bois.

On se place dans un modèle de diffusion Henyey-Greenstein, car l'absorption du bois est négligeable par rapport à la diffusion (D'andrea et al. 2008).

Dans le modèle développé, les éléments composant le bois sont considérés comme homogènes et sont caractérisés par deux coefficients : le chemin de libre parcours moyen (CLPM), qui représente la distance parcourue par un photon avant de rencontrer un obstacle, et la transmission, qui varie selon la capacité du matériau à absorber de la lumière. Ces deux paramètres sont définis comme suit :

$$ CLPM = \frac{1}{\mu_a + \mu_s} \qquad (1) $$

$$ Transmission = \frac{\mu_s}{\mu_a + \mu_s} \qquad (2) $$

où $\mu_a$ et $\mu_s$ sont respectivement le coefficient d'absorption et de diffusion du bois. Ceux-ci ont été déterminés dans des études précédentes, dans différents types de bois à l'aide de méthodes variées (Konagaya et al. 2016, Kitamura et al. 2016). Ces coefficients issus de la littérature servent dans un premier temps à calibrer le modèle.
Le projet présenté par la suite consiste à modéliser l'effet trachéide afin de mieux comprendre le rôle des différents facteurs sur le phénomène de diffusion dans le but d'en déduire d'autres informations sur le bois que l'orientation des fibres.

## Matériel et méthodes

Afin de réaliser des simulations de trajectoires lumineuses, le logiciel OpticStudio a été utilisé. Il s'agit d'un logiciel permettant de faire de la conception et de l'analyse de systèmes optiques.

Le bois a été représenté à l'aide de deux structures :

- Une structure théorique composée d'une matrice de fibres plus ou moins espacées, et dotées de propriétés de diffusion et d'absorption différentes. Cette structure possède l'avantage de contrôler et faire varier facilement les paramètres de la matrice (taille des fibres, espacement, taille de la matrice, forme des fibres...) en se basant sur des données déjà existantes (Ban et al. 2018) (Fig. 2a)

- Une structure réalisée à partir de photographies de coupes de microscope de différentes essences qui sont ensuite extrudées. Avec ce mode opératoire, le modèle est plus proche de la réalité mais on ne dispose que d'un contrôle réduit sur la structure du bois (Fig. 2b)

<figure><img src="image_147.png" /><figcaption>Fig. 2 : (a) Coupe microscopique de douglas extrudée (b) Matrice théorique extrudée (c) Représentation schématique du faisceau laser incident</figcaption></figure>

Le logiciel OpticStudio permet de placer des détecteurs décomptant les rayons lumineux les traversant. Ils sont placés à la surface et à l'intérieur du bois afin de cartographier le parcours des rayons au sein du bois.

On se place dans un modèle de diffusion Henyey-Greenstein, car l'absorption du bois est négligeable par rapport à la diffusion (D'andrea et al. 2008).

Dans le modèle développé, les éléments composant le bois sont considérés comme homogènes et sont caractérisés par deux coefficients : le chemin de libre parcours moyen (CLPM), qui représente la distance parcourue par un photon avant de rencontrer un obstacle, et la transmission, qui varie selon la capacité du matériau à absorber de la lumière. Ces deux paramètres sont définis comme suit :

$$ CLPM = \frac{1}{\mu_a + \mu_s} \qquad (1) $$

$$ Transmission = \frac{\mu_s}{\mu_a + \mu_s} \qquad (2) $$

où $\mu_a$ et $\mu_s$ sont respectivement le coefficient d'absorption et de diffusion du bois. Ceux-ci ont été déterminés dans des études précédentes, dans différents types de bois à l'aide de méthodes variées (Konagaya et al. 2016, Kitamura et al. 2016). Ces coefficients issus de la littérature servent dans un premier temps à calibrer le modèle.
## Résultats et discussions / Premiers résultats

Les premières simulations ont été menées à l'aide du bois « théorique » (Fig. 3). Celles-ci ont donné des résultats en adéquation avec la diffusion mesurée de la lumière dans le matériau bois car elles font apparaître un effet trachéide. Les simulations mettent également en avant un effet trachéide plus marqué sur du bois type résineux (fibres parallélépipédiques) que sur du bois type feuillus (fibres cylindriques), en concordance avec les constats empiriques.

<figure><img src="image_147.png" /></figure>

Néanmoins, l'intérêt de l'utilisation de ce bois synthétique doté de fibres parallélépipédique est limité : sa forme trop parfaite et la présence de bords parfaits conduit à obtenir des effets qui n'existent pas dans la réalité.

Les études suivantes ont donc été menées sur des coupes de microscope extrudées afin de se rapprocher de la réalité (Fig. 4). Les ellipses obtenues par effet trachéide sont qualitativement proches de ce qui a déjà été réalisé dans la littérature (Kienle et al. 2008). Mais ils n'y correspondent pas quantitativement. Des ajustements dans le choix des facteurs donnés au modèle vont devoir être trouvés.

<figure><img src="image_148.png" /></figure>

Des simulations plus riches en informations vont être menées en prenant en compte la diffusion de la lumière dans l'épaisseur des éprouvettes virtuelles, comme sur la Fig. 5. Cela permettra de voir l'influence des éléments de la microstructure du bois sur cette diffusion.

## Conclusion et perspectives

Le modèle développé permet de retrouver un effet trachéide qualitativement comparable à des modélisations précédemment effectuées. Il est donc prometteur mais nécessite des améliorations. A l'avenir, le but sera d'obtenir des résultats quantitatifs plus convaincants, en comparant des données expérimentales et simulées.
## Résultats et discussions / Premiers résultats

Les premières simulations ont été menées à l'aide du bois « théorique » (Fig. 3). Celles-ci ont donné des résultats en adéquation avec la diffusion mesurée de la lumière dans le matériau bois car elles font apparaître un effet trachéide. Les simulations mettent également en avant un effet trachéide plus marqué sur du bois type résineux (fibres parallélépipédiques) que sur du bois type feuillus (fibres cylindriques), en concordance avec les constats empiriques.

<figure><img src="image_148.png" /><figcaption>Fig 3 : Effet trachéide obtenu à la surface du bois « théorique » avec des fibres (a) cylindriques (b) parallélépipédiques</figcaption></figure>

Néanmoins, l'intérêt de l'utilisation de ce bois synthétique doté de fibres parallélépipédique est limité : sa forme trop parfaite et la présence de bords parfaits conduit à obtenir des effets qui n'existent pas dans la réalité.

Les études suivantes ont donc été menées sur des coupes de microscope extrudées afin de se rapprocher de la réalité (Fig. 4). Les ellipses obtenues par effet trachéide sont qualitativement proches de ce qui a déjà été réalisé dans la littérature (Kienle et al. 2008). Mais ils n'y correspondent pas quantitativement. Des ajustements dans le choix des facteurs donnés au modèle vont devoir être trouvés.

<figure><img src="image_149.png" /><figcaption>Fig. 4 : Effet trachéide : (a) simulé, obtenu par Kienle et al. (2008) ; (b) obtenu lors des simulations réalisées avec OpticStudio</figcaption></figure>

Des simulations plus riches en informations vont être menées en prenant en compte la diffusion de la lumière dans l'épaisseur des éprouvettes virtuelles, comme sur la Fig. 5. Cela permettra de voir l'influence des éléments de la microstructure du bois sur cette diffusion.

## Conclusion et perspectives

Le modèle développé permet de retrouver un effet trachéide qualitativement comparable à des modélisations précédemment effectuées. Il est donc prometteur mais nécessite des améliorations. A l'avenir, le but sera d'obtenir des résultats quantitatifs plus convaincants, en comparant des données expérimentales et simulées.
<figure><img src="image_149.png" /><figcaption>Fig. 5 : Effet trachéide obtenu (a) à la surface du bois et (b) en coupe dans l'épaisseur selon le grand axe et le petit axe</figcaption></figure>

## Remerciements

Ce travail est soutenu par le Conseil Régional Bourgogne-Franche-Comté.

## Références

Ban M., Inagaki T., Ma T., Tsuchikawa S. (2018) Effect of cellular structure on the optical properties of wood. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 26(1), 53-60.

Besseau B., Pot G., Collet R., Viguier J. (2020) Influence of wood anatomy on fiber orientation measurement obtained by laser scanning on five European species. Journal of Wood Science, 66(1), 74.

Brännström M., Manninen J., Oja J. (2008) Predicting the strength of sawn wood by tracheid laser scattering. BioResources, 3(2), 437-451.

D'andrea C., Farina A., Comelli D., Pifferi A., Taroni P., Valentini G., ... Kienle A. (2008) Time-resolved optical spectroscopy of wood. Applied spectroscopy, 62(5), 569-574.

Hankinson R.L. (1921) Investigation of crushing strength of spruce at varying angles of grain. Air service information circular, 3(259), 130.

Jolma I.P., Mäkynen A.J. (2008) The detection of knots in wood materials using the tracheid effect. In Advanced Laser Technologies 2007 (Vol. 7022, pp. 143-151). SPIE.

Kienle A., D'Andrea C., Foschum F., Taroni P., Pifferi A. (2008) Light propagation in dry and wet softwood. Optics Express, 16(13), 9895-9906.

Kitamura R., Inagaki T., Tsuchikawa S. (2016) Determination of true optical absorption and scattering coefficient of wooden cell wall substance by time-of-flight near infrared spectroscopy. Optics Express, 24(4), 3999-4009.

Konagaya K., Inagaki T., Kitamura R., Tsuchikawa S. (2016) Optical properties of drying wood studied by time-resolved near-infrared spectroscopy. Optics Express, 24(9), 9561-9573.

Purba C.Y.C., Viguier J., Denaud L., Marcon B. (2020) Contactless moisture content measurement on green veneer based on laser light scattering patterns. Wood Science and Technology, 54(4), 891-906.

Tsuchikawa S., Kobori H. (2015) A review of recent application of near infrared spectroscopy to wood science and technology. Journal of Wood Science, 61(3), 213-220.

Wei Q., Leblon B., La Rocque A. (2011) On the use of X-ray computed tomography for determining wood properties: a review. Canadian journal of Forest Research, 41(11), 2120-2140.
<figure><img src="image_150.png" /><figcaption>Fig. 5 : Effet trachéide obtenu (a) à la surface du bois et (b) en coupe dans l'épaisseur selon le grand axe et le petit axe</figcaption></figure>

## Remerciements

Ce travail est soutenu par le Conseil Régional Bourgogne-Franche-Comté.

## Références

Ban M., Inagaki T., Ma T., Tsuchikawa S. (2018) Effect of cellular structure on the optical properties of wood. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 26(1), 53-60.

Besseau B., Pot G., Collet R., Viguier J. (2020) Influence of wood anatomy on fiber orientation measurement obtained by laser scanning on five European species. Journal of Wood Science, 66(1), 74.

Brännström M., Manninen J., Oja J. (2008) Predicting the strength of sawn wood by tracheid laser scattering. BioResources, 3(2), 437-451.

D'andrea C., Farina A., Comelli D., Pifferi A., Taroni P., Valentini G., ... Kienle A. (2008) Time-resolved optical spectroscopy of wood. Applied spectroscopy, 62(5), 569-574.

Hankinson R.L. (1921) Investigation of crushing strength of spruce at varying angles of grain. Air service information circular, 3(259), 130.

Jolma I.P., Mäkynen A.J. (2008) The detection of knots in wood materials using the tracheid effect. In Advanced Laser Technologies 2007 (Vol. 7022, pp. 143-151). SPIE.

Kienle A., D'Andrea C., Foschum F., Taroni P., Pifferi A. (2008) Light propagation in dry and wet softwood. Optics Express, 16(13), 9895-9906.

Kitamura R., Inagaki T., Tsuchikawa S. (2016) Determination of true optical absorption and scattering coefficient of wooden cell wall substance by time-of-flight near infrared spectroscopy. Optics Express, 24(4), 3999-4009.

Konagaya K., Inagaki T., Kitamura R., Tsuchikawa S. (2016) Optical properties of drying wood studied by time-resolved near-infrared spectroscopy. Optics Express, 24(9), 9561-9573.

Purba C.Y.C., Viguier J., Denaud L., Marcon B. (2020) Contactless moisture content measurement on green veneer based on laser light scattering patterns. Wood Science and Technology, 54(4), 891-906.

Tsuchikawa S., Kobori H. (2015) A review of recent application of near infrared spectroscopy to wood science and technology. Journal of Wood Science, 61(3), 213-220.

Wei Q., Leblon B., La Rocque A. (2011) On the use of X-ray computed tomography for determining wood properties: a review. Canadian journal of Forest Research, 41(11), 2120-2140.
# Quantification de la contrainte mécanique exercée par l'écorce sur le cambium en croissance

BOURSAT Thomas, ALMÉRAS Tancrède, BARÉS Jonathan, CLAIR Bruno

Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier, CNRS,
Montpellier, France

thomas.boursat@umontpellier.fr, tancrede.almeras@umontpellier.fr,

jonathan.bares@umontpellier.fr, bruno.clair@cnrs.fr

**Mots clefs** : cambium ; croissance secondaire ; xylème ; phloème ; pression de turgescence ; propriétés mécaniques ; biomécanique

## Contexte et objectifs

Les mécanismes de la croissance des cellules végétales sont globalement bien connus. Pour que la croissance puisse s'opérer, les cellules végétales doivent être turgescentes. C'est-à-dire qu'une différence de potentiel hydrique entraine l'eau à l'intérieur de la cellule et exerce une pression contre la paroi cellulaire. Cette pression permet à la cellule de se déformer donc de croître (Lockhart 1965). Bien que la croissance secondaire participe davantage au stockage du carbone que la croissance primaire, nos connaissances sur les mécanismes sous-jacents restent limitées (Kwiatowska et al. 2011). L'étude du cambium, méristème secondaire situé sous l'écorce, est plus compliquée du fait des difficultés d'accès pour l'observation et l'expérimentation. Le cambium produit à la fois les cellules du xylème et du phloème secondaire, respectivement le bois et l'écorce interne. Il est donc confiné entre deux tissus rigides (Kojs et al. 2023), ce qui n'est pas le cas pour les méristèmes primaires. Pour qu'il y ait une croissance, le cambium doit pousser contre l'écorce et la déformer plastiquement. En d'autres termes, la pression de turgescence au sein des cellules cambiales, doit être supérieure à la contrainte exercée par l'écorce. Pour apprécier le rôle des contraintes mécaniques dans la croissance cambiale, il faut donc évaluer ces deux paramètres. Dans cette étude, seule la contrainte exercée par l'écorce sera discutée.

L'écorce étant une couche relativement fine dont la surface externe est libre de contraintes, nous considérerons que la contrainte tangentielle $\sigma_{TT}$ y est uniforme, si bien que la contrainte radiale $\sigma_{RR}$ à l'interface écorce/cambium est simplement donnée par $\sigma_{RR} \approx -\sigma_{TT} \frac{e}{R}$, où $e$ est l'épaisseur de l'écorce et $R$ son rayon moyen. Il nous suffit donc de déterminer l'état de contrainte tangentielle de l'écorce. Dans un matériau orthotrope et soumis à une contrainte bidimensionnelle, $\sigma_{TT}$ est reliée aux déformations résiduelles par :

$$ \sigma_{TT} = \frac{E_T}{1 - \nu_{TL}\nu_{LT}}(-\varepsilon_{TT} - \nu_{LT}\varepsilon_{LL}) $$

avec $\sigma_{TT}$ : Contrainte tangentielle ; $E_T$ : Module d'Young tangentiel ; $\nu_{TL}, \nu_{LT}$ : Coefficients de Poisson ; $\varepsilon_{TT}$ : Déformation résiduelle tangentielle ; $\varepsilon_{LL}$ : Déformation résiduelle longitudinale. Cette équation décrit la contrainte tangentielle exercée par l'écorce. Elle dépend du module d'Young tangentiel, des déformations résiduelles tangentielle et longitudinale, et des coefficients de Poisson. Nous considérerons dans un premier temps que la déformation longitudinale et les coefficients de Poisson sont petits si bien que cette équation se réduit à $\sigma_{TT} \approx -E_T\varepsilon_{TT}$.
# Quantification de la contrainte mécanique exercée par l'écorce sur le cambium en croissance

BOURSAT Thomas, ALMÉRAS Tancrède, BARÉS Jonathan, CLAIR Bruno

Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier, CNRS,
Montpellier, France

thomas.boursat@umontpellier.fr, tancrede.almeras@umontpellier.fr,

jonathan.bares@umontpellier.fr, bruno.clair@cnrs.fr

**Mots clefs** : cambium ; croissance secondaire ; xylème ; phloème ; pression de turgescence ; propriétés mécaniques ; biomécanique

## Contexte et objectifs

Les mécanismes de la croissance des cellules végétales sont globalement bien connus. Pour que la croissance puisse s'opérer, les cellules végétales doivent être turgescentes. C'est-à-dire qu'une différence de potentiel hydrique entraine l'eau à l'intérieur de la cellule et exerce une pression contre la paroi cellulaire. Cette pression permet à la cellule de se déformer donc de croître (Lockhart 1965). Bien que la croissance secondaire participe davantage au stockage du carbone que la croissance primaire, nos connaissances sur les mécanismes sous-jacents restent limitées (Kwiatowska et al. 2011). L'étude du cambium, méristème secondaire situé sous l'écorce, est plus compliquée du fait des difficultés d'accès pour l'observation et l'expérimentation. Le cambium produit à la fois les cellules du xylème et du phloème secondaire, respectivement le bois et l'écorce interne. Il est donc confiné entre deux tissus rigides (Kojs et al. 2023), ce qui n'est pas le cas pour les méristèmes primaires. Pour qu'il y ait une croissance, le cambium doit pousser contre l'écorce et la déformer plastiquement. En d'autres termes, la pression de turgescence au sein des cellules cambiales, doit être supérieure à la contrainte exercée par l'écorce. Pour apprécier le rôle des contraintes mécaniques dans la croissance cambiale, il faut donc évaluer ces deux paramètres. Dans cette étude, seule la contrainte exercée par l'écorce sera discutée.

L'écorce étant une couche relativement fine dont la surface externe est libre de contraintes, nous considérerons que la contrainte tangentielle $\sigma_{TT}$ y est uniforme, si bien que la contrainte radiale $\sigma_{RR}$ à l'interface écorce/cambium est simplement donnée par $\sigma_{RR} \approx -\sigma_{TT} \frac{e}{R}$, où $e$ est l'épaisseur de l'écorce et $R$ son rayon moyen. Il nous suffit donc de déterminer l'état de contrainte tangentielle de l'écorce. Dans un matériau orthotrope et soumis à une contrainte bidimensionnelle, $\sigma_{TT}$ est reliée aux déformations résiduelles par :

$$ \sigma_{TT} = \frac{E_T}{1 - \nu_{TL}\nu_{LT}}(-\varepsilon_{TT} - \nu_{LT}\varepsilon_{LL}) $$

avec $\sigma_{TT}$ : Contrainte tangentielle ; $E_T$ : Module d'Young tangentiel ; $\nu_{TL}, \nu_{LT}$ : Coefficients de Poisson ; $\varepsilon_{TT}$ : Déformation résiduelle tangentielle ; $\varepsilon_{LL}$ : Déformation résiduelle longitudinale. Cette équation décrit la contrainte tangentielle exercée par l'écorce. Elle dépend du module d'Young tangentiel, des déformations résiduelles tangentielle et longitudinale, et des coefficients de Poisson. Nous considérerons dans un premier temps que la déformation longitudinale et les coefficients de Poisson sont petits si bien que cette équation se réduit à $\sigma_{TT} \approx -E_T\varepsilon_{TT}$.
L'objectif de ce travail est d'évaluer ces deux paramètres : module d'Young tangentiel et déformation résiduelle tangentielle.

# Matériel et méthodes

## Matériel d'étude et échantillonnage

Nous avons choisi 4 tilleuls (Tilia sp. Malvaceae). Pour chaque arbre, nous avons prélevé le matin 3 rejets en prenant garde d'éviter leur dessiccation. Ceci a été fait à la fin du printemps quand le cambium est actif et que l'écorce peut se décoller facilement du bois. Dans chacun des rejets, 4 segments de 35 mm de long sont découpés pour réaliser les mesures des déformations résiduelles et des modules d'élasticité. 3 échantillons d'écorce supplémentaires sont prélevés in vivo et immédiatement conservés dans des piluliers afin de contrôler l'éventuelle perte en eau de l'écorce entre le prélèvement et les mesures mécaniques. En effet, celle-ci pourrait affecter la représentativité de la mesure. Ces échantillons sont pesés à l'état natif puis après passage à l'étuve à 103°C pendant 24h, afin d'en déterminer la teneur en eau.

## Mesure de la déformation résiduelle tangentielle

La section transverse des segments prélevés est prise en photo afin de mesurer le périmètre et l'épaisseur de l'écorce (Fig. 1.1). Ensuite, l'écorce est incisée longitudinalement et délicatement décollée du bois. Il en résulte un tube d'écorce, légèrement ouvert du fait de la déformation résiduelle (Fig. 1.2 et Fig. 2). Le cylindre de bois est retiré et le tube d'écorce est refermé puis collé au niveau de la zone incisée. Sa section est de nouveau prise en photo, afin de mesurer le nouveau périmètre (Fig. 1.3). La déformation résiduelle tangentielle est simplement donnée par la variation relative de périmètre entre le segment avant la découpe et le tube recollé.

<figure><img src="image_150.png" /><figcaption>Fig. 1 : (1) échantillon avec bois solidaire de l'écorce, (2) écorce incisée, (3) écorce refermée sans le bois</figcaption></figure>

<figure><img src="image_151.png" /><figcaption>Fig. 2 : Echantillon après incision de l'écorce</figcaption></figure>

## Mesure du module d'Young

Le module d'Young est mesuré en insufflant de l'air sous pression dans les tubes d'écorce. Pour cela, une baudruche en silicone est moulée à l'intérieur des tubes et à leurs extrémités. L'air est injecté par une seringue via un tuyau équipé d'un capteur de pression. Un mouchetis est appliqué à la surface du tube d'écorce (à l'opposé du trait de colle), devant lequel est placé une caméra (Fig. 3). La seringue est disposée dans une machine de compression qui injecte de l'air dans le tube. Des photos sont prises à intervalles réguliers à mesure que le tube se gonfle. Les déformations à la surface de l'écorce sont déterminées par corrélation d'image.

Pour certains essais, des rotations du tube et translations hors-plan sont remarqués ce qui empêche une détermination correcte du champ de déformation. Seule la moitié des essais s'avèrent exploitables. En faisant l'hypothèse que le tube d'écorce a une épaisseur petite si bien que l'on peut supposer que la contrainte est constante dans l'épaisseur, on peut écrire $\sigma_t = \frac{Pr}{e}$ où $\sigma_t$ est la contrainte tangentielle à la surface de l'écorce, P la pression au sein du tube, r le rayon interne du tube d'écorce et e l'épaisseur du tube.

Les tubes d'écorce sont pesés aux différentes étapes afin de contrôler la perte en eau. La durée totale de l'expérimentation est de 30h. Durant cette période, les échantillons sont conservés
L'objectif de ce travail est d'évaluer ces deux paramètres : module d'Young tangentiel et déformation résiduelle tangentielle.

# Matériel et méthodes

## Matériel d'étude et échantillonnage

Nous avons choisi 4 tilleuls (Tilia sp. Malvaceae). Pour chaque arbre, nous avons prélevé le matin 3 rejets en prenant garde d'éviter leur dessiccation. Ceci a été fait à la fin du printemps quand le cambium est actif et que l'écorce peut se décoller facilement du bois. Dans chacun des rejets, 4 segments de 35 mm de long sont découpés pour réaliser les mesures des déformations résiduelles et des modules d'élasticité. 3 échantillons d'écorce supplémentaires sont prélevés in vivo et immédiatement conservés dans des piluliers afin de contrôler l'éventuelle perte en eau de l'écorce entre le prélèvement et les mesures mécaniques. En effet, celle-ci pourrait affecter la représentativité de la mesure. Ces échantillons sont pesés à l'état natif puis après passage à l'étuve à 103°C pendant 24h, afin d'en déterminer la teneur en eau.

## Mesure de la déformation résiduelle tangentielle

La section transverse des segments prélevés est prise en photo afin de mesurer le périmètre et l'épaisseur de l'écorce (Fig. 1.1). Ensuite, l'écorce est incisée longitudinalement et délicatement décollée du bois. Il en résulte un tube d'écorce, légèrement ouvert du fait de la déformation résiduelle (Fig. 1.2 et Fig. 2). Le cylindre de bois est retiré et le tube d'écorce est refermé puis collé au niveau de la zone incisée. Sa section est de nouveau prise en photo, afin de mesurer le nouveau périmètre (Fig. 1.3). La déformation résiduelle tangentielle est simplement donnée par la variation relative de périmètre entre le segment avant la découpe et le tube recollé.

<figure><img src="image_151.png" /><figcaption>Fig. 1 : (1) échantillon avec bois solidaire de l'écorce, (2) écorce incisée, (3) écorce refermée sans le bois</figcaption></figure>

<figure><img src="image_152.png" /><figcaption>Fig. 2 : Echantillon après incision de l'écorce</figcaption></figure>

## Mesure du module d'Young

Le module d'Young est mesuré en insufflant de l'air sous pression dans les tubes d'écorce. Pour cela, une baudruche en silicone est moulée à l'intérieur des tubes et à leurs extrémités. L'air est injecté par une seringue via un tuyau équipé d'un capteur de pression. Un mouchetis est appliqué à la surface du tube d'écorce (à l'opposé du trait de colle), devant lequel est placé une caméra (Fig. 3). La seringue est disposée dans une machine de compression qui injecte de l'air dans le tube. Des photos sont prises à intervalles réguliers à mesure que le tube se gonfle. Les déformations à la surface de l'écorce sont déterminées par corrélation d'image.

Pour certains essais, des rotations du tube et translations hors-plan sont remarqués ce qui empêche une détermination correcte du champ de déformation. Seule la moitié des essais s'avèrent exploitables. En faisant l'hypothèse que le tube d'écorce a une épaisseur petite si bien que l'on peut supposer que la contrainte est constante dans l'épaisseur, on peut écrire $\sigma_t = \frac{Pr}{e}$ où $\sigma_t$ est la contrainte tangentielle à la surface de l'écorce, P la pression au sein du tube, r le rayon interne du tube d'écorce et e l'épaisseur du tube.

Les tubes d'écorce sont pesés aux différentes étapes afin de contrôler la perte en eau. La durée totale de l'expérimentation est de 30h. Durant cette période, les échantillons sont conservés
dans une chambre hermétique dont l'humidité relative est proche de 100% pour limiter leur déshydratation.

<figure><img src="image_152.png" /><figcaption>Fig. 3 : Dispositif de mesure du module d'Young tangentiel</figcaption></figure>

# Résultats et discussion

## Teneur en eau

La Fig. 4 présente la teneur en eau in vivo, avant et après essai pour chaque arbre. La teneur en eau avant essai est représentative de celle in vivo et aucune différence significative n'est observée. En revanche, comme le montre la Fig. 5, la teneur en eau après essai est systématiquement inférieure à celle avant essai avec une différence d'environ $13.4 \pm 2$. La perte en eau durant l'expérimentation est significative (p-value=8e-06), mais reste relativement faible comparée aux valeurs initiales.

<figure><img src="image_153.png" /><figcaption>Fig. 4 : Teneur en eau en fonction de la mesure dans le temps (in vivo, avant et après essai)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_154.png" /><figcaption>Fig. 5 : Teneur en eau après essai en fonction de celui avant essai</figcaption></figure>

## Déformation résiduelle tangentielle

La Fig. 6 représente la déformation résiduelle tangentielle pour chaque arbre (A1 à A4) (les déformations sont des retraits mais sont exprimées en valeurs positives). La moyenne de ces déformations s'élève à $2.5\% \pm 0.4$, aucune différence significative n'est observée entre les arbres (p-value=0.49). Sur la Fig. 7 est représentée la déformation résiduelle tangentielle en fonction du rayon, pour chaque échantillon. L'incertitude absolue maximale pour la déformation résiduelle tangentielle vaut 0.49% et pour le rayon externe, 0.12 mm (étude réalisée sur 5 échantillons mesurés chacun 5 fois). Il n'y a pas de corrélation entre la déformation résiduelle tangentielle et le rayon externe sur la gamme d'échantillons étudiés.

## Module d'Young

La Fig. 8 montre le module d'Young tangentiel de l'écorce par arbre. Le module moyen est égal à $57.9 \text{ MPa} \pm 5.7$. La dispersion est très grande, si bien que la différence entre arbres n'est que marginalement significative (p-value=0.051). La Fig. 9 montre le module d'Young
dans une chambre hermétique dont l'humidité relative est proche de 100% pour limiter leur déshydratation.

<figure><img src="image_153.png" /><figcaption>Fig. 3 : Dispositif de mesure du module d'Young tangentiel</figcaption></figure>

# Résultats et discussion

## Teneur en eau

La Fig. 4 présente la teneur en eau in vivo, avant et après essai pour chaque arbre. La teneur en eau avant essai est représentative de celle in vivo et aucune différence significative n'est observée. En revanche, comme le montre la Fig. 5, la teneur en eau après essai est systématiquement inférieure à celle avant essai avec une différence d'environ $13.4 \pm 2$. La perte en eau durant l'expérimentation est significative (p-value=8e-06), mais reste relativement faible comparée aux valeurs initiales.

<figure><img src="image_154.png" /><figcaption>Fig. 4 : Teneur en eau en fonction de la mesure dans le temps (in vivo, avant et après essai)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_155.png" /><figcaption>Fig. 5 : Teneur en eau après essai en fonction de celui avant essai</figcaption></figure>

## Déformation résiduelle tangentielle

La Fig. 6 représente la déformation résiduelle tangentielle pour chaque arbre (A1 à A4) (les déformations sont des retraits mais sont exprimées en valeurs positives). La moyenne de ces déformations s'élève à $2.5\% \pm 0.4$, aucune différence significative n'est observée entre les arbres (p-value=0.49). Sur la Fig. 7 est représentée la déformation résiduelle tangentielle en fonction du rayon, pour chaque échantillon. L'incertitude absolue maximale pour la déformation résiduelle tangentielle vaut 0.49% et pour le rayon externe, 0.12 mm (étude réalisée sur 5 échantillons mesurés chacun 5 fois). Il n'y a pas de corrélation entre la déformation résiduelle tangentielle et le rayon externe sur la gamme d'échantillons étudiés.

## Module d'Young

La Fig. 8 montre le module d'Young tangentiel de l'écorce par arbre. Le module moyen est égal à $57.9 \text{ MPa} \pm 5.7$. La dispersion est très grande, si bien que la différence entre arbres n'est que marginalement significative (p-value=0.051). La Fig. 9 montre le module d'Young
tangentiel en fonction du rayon externe et de l'épaisseur de l'écorce. Aucune corrélation n'est observée sur la gamme d'échantillons étudiés.

<figure><img src="image_155.png" /><figcaption>Fig. 6 : Déformation résiduelle tangentielle (de retrait) au sein de chaque arbre</figcaption></figure>

<figure><img src="image_156.png" /><figcaption>Fig. 7 : Déformation résiduelle tangentielle en fonction du rayon externe de l'écorce</figcaption></figure>

<figure><img src="image_157.png" /><figcaption>Fig. 8 : Module d'Young tangentiel de l'écorce en fonction des arbres</figcaption></figure>

<figure><img src="image_158.png" /><figcaption>Fig. 9 : Module d'Young tangentiel de l'écorce en fonction du rayon externe et de l'épaisseur de l'écorce</figcaption></figure>

## Contrainte radiale à l'interface cambium/écorce

L'étude de la déformation résiduelle tangentielle et du module d'Young tangentiel de l'écorce nous a permis d'estimer des ordres de grandeur. Si on suppose que celles-ci sont représentatives de l'état in vivo, et en prenant en compte les moyennes issues des déformations résiduelles tangentielles et des modules tangentiels, soit respectivement 2.5 % et 57.9 MPa et pour un rapport moyen e/R d'environ 0.26, d'après $\sigma_{RR} \approx E_T \varepsilon_{TT} \frac{e}{R}$, la contrainte radiale serait équivalente à 3.7 bars. Ce résultat peut être mis en relation avec des résultats préliminaires de pression de turgescence du cambium, mesurés à l'aide d'une sonde à pression sur du margousier, montrant une pression d'environ 3 bars (essais réalisés sur 5 échantillons). Cela est équivalent aux valeurs que l'on peut trouver dans des tissus primaires, soit entre 2 et 10 bars (Hüsken et al. 1978, Tomos 1988). Néanmoins, la valeur de la contrainte radiale de l'écorce que nous avons quantifiée semble loin d'être négligeable devant la pression de turgescence, indiquant que l'écorce tend à inhiber la croissance cambiale. D'autant plus que cette contrainte est sous-estimée, nous avons négligé ici la déformation résiduelle longitudinale et les coefficients de Poisson. Ces derniers peuvent être très grands, en particulier dans la famille des Malvacées (Clair et al. 2022) et seront évalués ultérieurement.

## Remerciements

Nous aimerions remercier Sebastien DYCKE, assistant ingénieur électronicien pour sa contribution au système de mesure de la pression pour le gonflement des tubes d'écorces.

Ces travaux sont co-financés par le LabEx NUMEV (ANR-10-LABX-0020), intégré à l'I-Site MUSE (ANR-16-IDEX-0006), et la région Occitanie.
tangentiel en fonction du rayon externe et de l'épaisseur de l'écorce. Aucune corrélation n'est observée sur la gamme d'échantillons étudiés.

<figure><img src="image_156.png" /><figcaption>Fig. 6 : Déformation résiduelle tangentielle (de retrait) au sein de chaque arbre</figcaption></figure>

<figure><img src="image_157.png" /><figcaption>Fig. 7 : Déformation résiduelle tangentielle en fonction du rayon externe de l'écorce</figcaption></figure>

<figure><img src="image_158.png" /><figcaption>Fig. 8 : Module d'Young tangentiel de l'écorce en fonction des arbres</figcaption></figure>

<figure><img src="image_159.png" /><figcaption>Fig. 9 : Module d'Young tangentiel de l'écorce en fonction du rayon externe et de l'épaisseur de l'écorce</figcaption></figure>

## Contrainte radiale à l'interface cambium/écorce

L'étude de la déformation résiduelle tangentielle et du module d'Young tangentiel de l'écorce nous a permis d'estimer des ordres de grandeur. Si on suppose que celles-ci sont représentatives de l'état in vivo, et en prenant en compte les moyennes issues des déformations résiduelles tangentielles et des modules tangentiels, soit respectivement 2.5 % et 57.9 MPa et pour un rapport moyen e/R d'environ 0.26, d'après $\sigma_{RR} \approx E_T \varepsilon_{TT} \frac{e}{R}$, la contrainte radiale serait équivalente à 3.7 bars. Ce résultat peut être mis en relation avec des résultats préliminaires de pression de turgescence du cambium, mesurés à l'aide d'une sonde à pression sur du margousier, montrant une pression d'environ 3 bars (essais réalisés sur 5 échantillons). Cela est équivalent aux valeurs que l'on peut trouver dans des tissus primaires, soit entre 2 et 10 bars (Hüsken et al. 1978, Tomos 1988). Néanmoins, la valeur de la contrainte radiale de l'écorce que nous avons quantifiée semble loin d'être négligeable devant la pression de turgescence, indiquant que l'écorce tend à inhiber la croissance cambiale. D'autant plus que cette contrainte est sous-estimée, nous avons négligé ici la déformation résiduelle longitudinale et les coefficients de Poisson. Ces derniers peuvent être très grands, en particulier dans la famille des Malvacées (Clair et al. 2022) et seront évalués ultérieurement.

## Remerciements

Nous aimerions remercier Sebastien DYCKE, assistant ingénieur électronicien pour sa contribution au système de mesure de la pression pour le gonflement des tubes d'écorces.

Ces travaux sont co-financés par le LabEx NUMEV (ANR-10-LABX-0020), intégré à l'I-Site MUSE (ANR-16-IDEX-0006), et la région Occitanie.
Références

Clair B, Corn S, Baranger A, Regazzi A, Bares J, Lehnebach R, Alméras T (2022) Bark biomechanical function: smart tissue organization enables extreme mechanical performance in the secondary phloem of Malvaceae, 10th Plant Biomechanics Conference, Lyon, France.

Hüsken D, Steudle E, Zimmermann U. (1978) Pressure probe technique for measuring water relations of cells in higher plant, Plant Physiol, 61:158-163

Kojs P, Miodek A, Miodek AP, Włoch W (2023) Vascular cambium — between the hammer and the anvil: a tensile stress hypothesis on the mechanism of radial growth of broadleaved tree, Forests, 14:823

Kwiatkowska D, Nakielski J (2011) Mechanics of the meristems, In: Wojtaszek, P, Mechanical integration of plant cells and plants, signaling and communication in plants, Springer, Berlin, Heidelberg, p. 133-172

Lockhart JA (1965) An analysis of irreversible plant cell elongation, J. Theor. Biol, 8:264-275

Tomos AD (1988) Cellular water relations of plants, Water Science Reviews, 3:186-277.
Références

Clair B, Corn S, Baranger A, Regazzi A, Bares J, Lehnebach R, Alméras T (2022) Bark biomechanical function: smart tissue organization enables extreme mechanical performance in the secondary phloem of Malvaceae, 10th Plant Biomechanics Conference, Lyon, France.

Hüsken D, Steudle E, Zimmermann U. (1978) Pressure probe technique for measuring water relations of cells in higher plant, Plant Physiol, 61:158-163

Kojs P, Miodek A, Miodek AP, Włoch W (2023) Vascular cambium — between the hammer and the anvil: a tensile stress hypothesis on the mechanism of radial growth of broadleaved tree, Forests, 14:823

Kwiatkowska D, Nakielski J (2011) Mechanics of the meristems, In: Wojtaszek, P, Mechanical integration of plant cells and plants, signaling and communication in plants, Springer, Berlin, Heidelberg, p. 133-172

Lockhart JA (1965) An analysis of irreversible plant cell elongation, J. Theor. Biol, 8:264-275

Tomos AD (1988) Cellular water relations of plants, Water Science Reviews, 3:186-277.
# Comportement hystérétique des assemblages mécaniques de type tige

GOMEZ Dalmer<fnref n="1" />, CUMUNEL Gwendal<fnref n="1" />, BORNERT Michel<fnref n="1" />, PEYRET Nicolas<fnref n="2" />, CATTEROU Thomas<fnref n="3" />

**Mots clefs :** assemblage bois ; hystérésis

## Contexte et objectifs

L'utilisation de l'assemblage de type tige est très répandue dans la construction en bois surtout pour les bâtiments de grande hauteur. Pour ces derniers le comportement vibratoire dissipatif est en partie gouverné par celui des assemblages (Boudaud 2012).

Lors d'un chargement cyclique, un comportement hystérétique est constaté pour ce type d'assemblage (Boudaud 2012, Reynolds et al. 2014). Ce comportement dépend de plusieurs paramètres liés au matériau mais aussi au chargement. Le but de cette étude est d'évaluer le comportement de l'assemblage de type broche soumis à une sollicitation cyclique.

## Dispositif expérimental

Pour la constitution de l'assemblage, une plaque métallique de 1 cm d'épaisseur est utilisée ainsi qu'une poutre en bois lamellé-collé (de classe GL24) et des broches en acier galvanisé de 8 mm de diamètre.

La poutre en bois a une section de 12 cm de largeur par 8 cm d'épaisseur. En accord avec l'EN 383 et l'Eurocode 5, les perçages dans le bois sont espacés d'au moins cinq fois le diamètre d'une broche dans la direction du fil et d'au moins trois fois le diamètre parallèle au fil. Le diamètre de perçage est de 8 mm pour le bois et de 9 mm pour la plaque métallique. Une rainure de 1,2 cm de largeur est réalisée dans le bois, après perçages, afin de permettre la mise en place de la plaque (Fig. 1).

<figure><img src="image_159.png" /><figcaption>Fig. 1 : Dimensions des échantillons</figcaption></figure>

Une fois l'échantillon usiné, un mouchetis est appliqué à la surface de celui-ci pour la corrélation des images obtenues lors du test. Les broches sont insérées en force à l'aide d'un marteau en posant l'échantillon sur une surface plane. L'échantillon est ensuite mis en place

<footnote n="1">¹Navier, Ecole des Ponts, Université Gustave Eiffel, CNRS, F-77455 Marne-la-Vallée, France</footnote>

<footnote n="2">²Laboratoire Quartz, ISAE-Supmeca, 3 rue Fernand Hainaut, Saint-Ouen, 93400, France</footnote>

<footnote n="3">³FCBA, Institut technologique du bois, Allée du Boutaut, Bordeaux, 33000, France
 dalmer.gomez@enpc.fr</footnote>
# Comportement hystérétique des assemblages mécaniques de type tige

GOMEZ Dalmer<fnref n="1" />, CUMUNEL Gwendal<fnref n="1" />, BORNERT Michel<fnref n="1" />, PEYRET Nicolas<fnref n="2" />, CATTEROU Thomas<fnref n="3" />

**Mots clefs :** assemblage bois ; hystérésis

## Contexte et objectifs

L'utilisation de l'assemblage de type tige est très répandue dans la construction en bois surtout pour les bâtiments de grande hauteur. Pour ces derniers le comportement vibratoire dissipatif est en partie gouverné par celui des assemblages (Boudaud 2012).

Lors d'un chargement cyclique, un comportement hystérétique est constaté pour ce type d'assemblage (Boudaud 2012, Reynolds et al. 2014). Ce comportement dépend de plusieurs paramètres liés au matériau mais aussi au chargement. Le but de cette étude est d'évaluer le comportement de l'assemblage de type broche soumis à une sollicitation cyclique.

## Dispositif expérimental

Pour la constitution de l'assemblage, une plaque métallique de 1 cm d'épaisseur est utilisée ainsi qu'une poutre en bois lamellé-collé (de classe GL24) et des broches en acier galvanisé de 8 mm de diamètre.

La poutre en bois a une section de 12 cm de largeur par 8 cm d'épaisseur. En accord avec l'EN 383 et l'Eurocode 5, les perçages dans le bois sont espacés d'au moins cinq fois le diamètre d'une broche dans la direction du fil et d'au moins trois fois le diamètre parallèle au fil. Le diamètre de perçage est de 8 mm pour le bois et de 9 mm pour la plaque métallique. Une rainure de 1,2 cm de largeur est réalisée dans le bois, après perçages, afin de permettre la mise en place de la plaque (Fig. 1).

<figure><img src="image_160.png" /><figcaption>Fig. 1 : Dimensions des échantillons</figcaption></figure>

Une fois l'échantillon usiné, un mouchetis est appliqué à la surface de celui-ci pour la corrélation des images obtenues lors du test. Les broches sont insérées en force à l'aide d'un marteau en posant l'échantillon sur une surface plane. L'échantillon est ensuite mis en place

<footnote n="1">¹Navier, Ecole des Ponts, Université Gustave Eiffel, CNRS, F-77455 Marne-la-Vallée, France</footnote>

<footnote n="2">²Laboratoire Quartz, ISAE-Supmeca, 3 rue Fernand Hainaut, Saint-Ouen, 93400, France</footnote>

<footnote n="3">³FCBA, Institut technologique du bois, Allée du Boutaut, Bordeaux, 33000, France
 dalmer.gomez@enpc.fr</footnote>
sur le banc d'essai, dont la base est constituée d'un élément métallique ayant une surface plane. La plaque métallique de l'échantillon est connectée à la machine de compression (Instron 100 kN) par l'intermédiaire d'une pièce rigide, liée au capteur de force, comportant quatre perçages permettant de fixer la plaque de notre échantillon à l'aide de boulons. Une illustration de l'expérience est présentée sur la Fig. 2.

<figure><img src="image_160.png" /><figcaption>Fig. 2 : Montage des tests effectués</figcaption></figure>

Deux caméras ont été utilisées pour les essais : la première capte les déplacements de la plaque dans sa longueur (pour valider l'hypothèse de faibles rotation, déplacement et déformation de la plaque) et la deuxième capte les déplacements des broches et de la plaque dans le bois. La fréquence d'acquisition était comprise entre 1 Hz et 10 Hz selon la durée du test, la vitesse de chargement et l'espace de stockage. Les images ont été analysées par corrélation d'images avec le logiciel CMV développé au laboratoire Navier. Une machine de compression Instron avec une capacité de 100 kN a été utilisée pour appliquer le chargement cyclique. La force maximale à atteindre selon l'Eurocode 5 est d'environ 30 kN, sans appliquer de facteurs modificateurs ni de coefficients partiels, et le mode II de déformation (rotule plastique) est attendu pour la broche. Pour tous les tests (Tab. 1), les fibres du bois des échantillons testés sont parallèles au chargement.

<table><caption>Tab. 1 : Liste des tests effectués</caption><thead><tr><td>N°</td><td>ρ (kg/m³)</td><td>Chargement</td></tr></thead><tbody><tr><td>OB1</td><td>414</td><td>5 cycles en déplacement de 0,25 ; 0,5 ; 1 ; 2 et 4 mm de déplacement de la plaque (25 cycles au total)</td></tr><tr><td>OB2</td><td>393</td><td>5 cycles en déplacement de 0,25 ; 0,5 ; 1 ; 2 et 4 mm de déplacement de la plaque (25 cycles au total)</td></tr><tr><td>OB3</td><td>484</td><td>6 cycles à 16 kN de précharge, 3 kN d'amplitude et une vitesse de 0,04 mm/s</td></tr><tr><td>OB4</td><td>435</td><td>6 cycles à 16 kN de précharge, 8 kN d'amplitude et une vitesse de 0,8 mm/s</td></tr><tr><td>OB5</td><td>406</td><td>6 cycles à 16 kN de précharge, 8 kN d'amplitude et une vitesse de 0,04 mm/s</td></tr></tbody></table>

Les tests OB1 et OB2 ont été effectués pour vérifier la répétabilité des essais et les tests OB3 à OB5 ont des paramètres communs : les tests OB3 et OB4 ont la même vitesse de chargement et les tests OB4 et OB5 ont la même amplitude de chargement. Pour ces tests, une précharge de 16 kN (force limite pour la mesure de la raideur « élastique » de l'assemblage) est appliquée à l'assemblage.
sur le banc d'essai, dont la base est constituée d'un élément métallique ayant une surface plane. La plaque métallique de l'échantillon est connectée à la machine de compression (Instron 100 kN) par l'intermédiaire d'une pièce rigide, liée au capteur de force, comportant quatre perçages permettant de fixer la plaque de notre échantillon à l'aide de boulons. Une illustration de l'expérience est présentée sur la Fig. 2.

<figure><img src="image_161.png" /><figcaption>Fig. 2 : Montage des tests effectués</figcaption></figure>

Deux caméras ont été utilisées pour les essais : la première capte les déplacements de la plaque dans sa longueur (pour valider l'hypothèse de faibles rotation, déplacement et déformation de la plaque) et la deuxième capte les déplacements des broches et de la plaque dans le bois. La fréquence d'acquisition était comprise entre 1 Hz et 10 Hz selon la durée du test, la vitesse de chargement et l'espace de stockage. Les images ont été analysées par corrélation d'images avec le logiciel CMV développé au laboratoire Navier. Une machine de compression Instron avec une capacité de 100 kN a été utilisée pour appliquer le chargement cyclique. La force maximale à atteindre selon l'Eurocode 5 est d'environ 30 kN, sans appliquer de facteurs modificateurs ni de coefficients partiels, et le mode II de déformation (rotule plastique) est attendu pour la broche. Pour tous les tests (Tab. 1), les fibres du bois des échantillons testés sont parallèles au chargement.

<table><caption>Tab. 1 : Liste des tests effectués</caption><thead><tr><td>N°</td><td>ρ (kg/m³)</td><td>Chargement</td></tr></thead><tbody><tr><td>OB1</td><td>414</td><td>5 cycles en déplacement de 0,25 ; 0,5 ; 1 ; 2 et 4 mm de déplacement de la plaque (25 cycles au total)</td></tr><tr><td>OB2</td><td>393</td><td>5 cycles en déplacement de 0,25 ; 0,5 ; 1 ; 2 et 4 mm de déplacement de la plaque (25 cycles au total)</td></tr><tr><td>OB3</td><td>484</td><td>6 cycles à 16 kN de précharge, 3 kN d'amplitude et une vitesse de 0,04 mm/s</td></tr><tr><td>OB4</td><td>435</td><td>6 cycles à 16 kN de précharge, 8 kN d'amplitude et une vitesse de 0,8 mm/s</td></tr><tr><td>OB5</td><td>406</td><td>6 cycles à 16 kN de précharge, 8 kN d'amplitude et une vitesse de 0,04 mm/s</td></tr></tbody></table>

Les tests OB1 et OB2 ont été effectués pour vérifier la répétabilité des essais et les tests OB3 à OB5 ont des paramètres communs : les tests OB3 et OB4 ont la même vitesse de chargement et les tests OB4 et OB5 ont la même amplitude de chargement. Pour ces tests, une précharge de 16 kN (force limite pour la mesure de la raideur « élastique » de l'assemblage) est appliquée à l'assemblage.
Résultats des essais

Grâce à la corrélation d'images, les déplacements effectifs, qui diffèrent des déplacements obtenus à partir de la machine de compression, sont déterminés. Ces déplacements effectifs correspondant aux glissements obtenus pour l'assemblage seront utilisés pour l'analyse des résultats. La déformation de l'élément bois est déduite tout comme le déplacement de la base métallique de la machine de compression.

Pour les tests OB1 et OB2, une différence nette de la courbe enveloppe du chargement est constatée, cependant les cycles ont la même allure (Fig. 3). Concernant l'hystérésis, l'énergie dissipée décroît avec le nombre de cycles, la partie la plus importante étant dissipée lors du premier cycle (Fig. 4).

<figure><img src="image_161.png" /><figcaption>Fig. 3 : Courbes de chargement pour les essais OB1 et OB2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_162.png" /><figcaption>Fig. 4 : Energie dissipée par cycle pour le test OB1</figcaption></figure>

L'analyse post-mortem montre des déformations localisées du bois et une plastification des broches (Fig. 5), l'angle des broches dû à la plastification étant quasiment identique pour les 4 broches. Pour le bois, un micro flambement est constaté au niveau du contact avec la broche (Fig. 6).

<figure><img src="image_163.png" /><figcaption>Fig. 5 : Déformation des broches pour l'essai OB1</figcaption></figure>

<figure><img src="image_164.png" /><figcaption>Fig. 6 : Vue longitudinale après test OB1</figcaption></figure>

Pour les tests OB3 à OB5, la dissipation d'énergie est d'autant plus importante que l'amplitude du cycle est importante. La pente de la courbe OB3 est plus élevée (Fig. 7) car cet échantillon est le plus dense. Les tests OB4 et OB5 sont similaires, cependant les résultats obtenus pour le test OB4 sont limités dû à la vitesse de chargement appliquée (0,8 mm/s, la limite de la machine étant de 1 mm/s).
## Résultats des essais

Grâce à la corrélation d'images, les déplacements effectifs, qui diffèrent des déplacements obtenus à partir de la machine de compression, sont déterminés. Ces déplacements effectifs correspondant aux glissements obtenus pour l'assemblage seront utilisés pour l'analyse des résultats. La déformation de l'élément bois est déduite tout comme le déplacement de la base métallique de la machine de compression.

Pour les tests OB1 et OB2, une différence nette de la courbe enveloppe du chargement est constatée, cependant les cycles ont la même allure (Fig. 3). Concernant l'hystérésis, l'énergie dissipée décroît avec le nombre de cycles, la partie la plus importante étant dissipée lors du premier cycle (Fig. 4).

<figure><img src="image_162.png" /><figcaption>Fig. 3 : Courbes de chargement pour les essais OB1 et OB2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_163.png" /><figcaption>Fig. 4 : Energie dissipée par cycle pour le test OB1</figcaption></figure>

L'analyse post-mortem montre des déformations localisées du bois et une plastification des broches (Fig. 5), l'angle des broches dû à la plastification étant quasiment identique pour les 4 broches. Pour le bois, un micro flambement est constaté au niveau du contact avec la broche (Fig. 6).

<figure><img src="image_164.png" /><figcaption>Fig. 5 : Déformation des broches pour l'essai OB1</figcaption></figure>

<figure><img src="image_165.png" /><figcaption>Fig. 6 : Vue longitudinale après test OB1</figcaption></figure>

Pour les tests OB3 à OB5, la dissipation d'énergie est d'autant plus importante que l'amplitude du cycle est importante. La pente de la courbe OB3 est plus élevée (Fig. 7) car cet échantillon est le plus dense. Les tests OB4 et OB5 sont similaires, cependant les résultats obtenus pour le test OB4 sont limités dû à la vitesse de chargement appliquée (0,8 mm/s, la limite de la machine étant de 1 mm/s).
<figure><img src="image_165.png" /><figcaption>Fig. 7 : Résultat des tests OB3 à OB5</figcaption></figure>

L'énergie partielle dissipée (Fig. 8) diminue avec le nombre de cycles jusqu'à atteindre des valeurs stables après 3 ou 4 cycles.

<figure><img src="image_166.png" /><figcaption>Fig. 8 : Courbes de chargement du test OB3</figcaption></figure>

<figure><img src="image_167.png" /><figcaption>Fig. 9 : Energie dissipée lors des cycles</figcaption></figure>

Pour le test OB4, l'énergie dissipée varie entre les cycles 4 et 6 (manque de précision du capteur de force). L'énergie dissipée du test OB5 est plus importante que celle du test OB3 (Fig. 9). Cela est dû à la différence d'amplitude de chargement entre ces deux tests et, dans une moindre mesure, aux caractéristiques différentes des échantillons.

## Conclusion

Les différences entre deux tests cycliques seraient dues aux caractéristiques mécaniques du bois et à l'hyperstatisme du contact (1 ou 4 contacts en début du chargement) entre la broche, la plaque métallique et le bois. Les courbes force-déplacement et l'énergie dissipée se stabilisent après 3 ou 4 cycles.

Une perte de résistance est constatée lors des cycles, que ce soit en déformation ou en force imposée. La dissipation d'énergie la plus importante est obtenue lors du premier cycle et décroît ensuite en fonction du nombre de cycles. Cela implique qu'un comportement cyclique stabilisé existe pour une amplitude de chargement donnée une fois qu'une fraction du métal et/ou du bois a plastifié.

Finalement, l'impact de l'amplitude du chargement s'observe en termes de quantité d'énergie dissipée. Les essais n'ont cependant pas permis d'identifier une influence de la vitesse de
<figure><img src="image_166.png" /><figcaption>Fig. 7 : Résultat des tests OB3 à OB5</figcaption></figure>

L'énergie partielle dissipée (Fig. 8) diminue avec le nombre de cycles jusqu'à atteindre des valeurs stables après 3 ou 4 cycles.

<figure><img src="image_167.png" /><figcaption>Fig. 8 : Courbes de chargement du test OB3</figcaption></figure>

<figure><img src="image_168.png" /><figcaption>Fig. 9 : Energie dissipée lors des cycles</figcaption></figure>

Pour le test OB4, l'énergie dissipée varie entre les cycles 4 et 6 (manque de précision du capteur de force). L'énergie dissipée du test OB5 est plus importante que celle du test OB3 (Fig. 9). Cela est dû à la différence d'amplitude de chargement entre ces deux tests et, dans une moindre mesure, aux caractéristiques différentes des échantillons.

## Conclusion

Les différences entre deux tests cycliques seraient dues aux caractéristiques mécaniques du bois et à l'hyperstatisme du contact (1 ou 4 contacts en début du chargement) entre la broche, la plaque métallique et le bois. Les courbes force-déplacement et l'énergie dissipée se stabilisent après 3 ou 4 cycles.

Une perte de résistance est constatée lors des cycles, que ce soit en déformation ou en force imposée. La dissipation d'énergie la plus importante est obtenue lors du premier cycle et décroît ensuite en fonction du nombre de cycles. Cela implique qu'un comportement cyclique stabilisé existe pour une amplitude de chargement donnée une fois qu'une fraction du métal et/ou du bois a plastifié.

Finalement, l'impact de l'amplitude du chargement s'observe en termes de quantité d'énergie dissipée. Les essais n'ont cependant pas permis d'identifier une influence de la vitesse de
chargement dans la gamme de vitesse testée. Dans la littérature, l'assemblage a un comportement visqueux (Girhammar et Andersson 1988), néanmoins cela peut être négligé pour de faibles vitesses de chargement, ce qui est le cas dans cette étude.

## Remerciements

Ce travail a été réalisé au sein du laboratoire Navier à l'Ecole des Ponts Paristech dans le cadre du projet DynaTimberEyes (AAPG 2021) financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) et en partenariat avec l'ISAE Supméca et le FCBA.

## Références

Boudaud C. (2012) Analyse de la vulnérabilité sismique des structures à ossature en bois (Doctoral dissertation, Université de Grenoble).

Reynolds T., Harris R., Chang W.S. (2014) Stiffness of dowel-type timber connections under pre-yield oscillating loads. Engineering Structures, 65, 21-29.

Girhammar U.A., Andersson H. (1988) Effect of loading rate on nailed timber joint capacity. Journal of Structural Engineering, 114(11), 2439-2456.
chargement dans la gamme de vitesse testée. Dans la littérature, l'assemblage a un comportement visqueux (Girhammar et Andersson 1988), néanmoins cela peut être négligé pour de faibles vitesses de chargement, ce qui est le cas dans cette étude.

## Remerciements

Ce travail a été réalisé au sein du laboratoire Navier à l'Ecole des Ponts Paristech dans le cadre du projet DynaTimberEyes (AAPG 2021) financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) et en partenariat avec l'ISAE Supméca et le FCBA.

## Références

Boudaud C. (2012) Analyse de la vulnérabilité sismique des structures à ossature en bois (Doctoral dissertation, Université de Grenoble).

Reynolds T., Harris R., Chang W.S. (2014) Stiffness of dowel-type timber connections under pre-yield oscillating loads. Engineering Structures, 65, 21-29.

Girhammar U.A., Andersson H. (1988) Effect of loading rate on nailed timber joint capacity. Journal of Structural Engineering, 114(11), 2439-2456.
# La maquette des Halles de Villeréal.
## Des perspectives d'artisans pour contribuer à l'étude scientifique d'une construction en bois vert.

BRIHIEZ Joseph¹, LEFEVRE Marc², RAMBAUD Paul³

¹Laboratoire Eco-Anthropologie, CNRS, Muséum National d'Histoire Naturelle, Université de Paris, Paris

²Association Iron Rabbits, Nivillac

³SARL De l'arbre à la maison, Nivillac
jbrihiez@gmail.com

**Mots clefs** : bois vert ; charpente équarrie à la hache ; monument historique ; gestion forestière ; arbres ; stratégies écologiques ; convergence de compétences scientifiques et techniques.

## Contexte et objectifs

Depuis une dizaine d'années quelques artisans charpentiers avaient entrepris une réappropriation des conditions d'exercice de leur métier mettant en valeur des techniques anciennes, tirant parti de l'usage d'un bois vert. Non seulement les divergences avec les pratiques en cours dans le domaine de la charpente étaient d'ordre technique, mais celles-ci impliquaient plus largement une bifurcation avec ce qui composait l'unité des méthodes de la filière forêt-bois conventionnelle.

Alors que l'emploi du bois vert constituait jusqu'alors une relative exception dans le domaine professionnel de la charpente et qu'il demeurait peu visible tant pour le grand public que pour les spécialistes, l'incendie de Notre-Dame (N-D) vint bouleverser cet ordre des choses.

Suite à l'implication collective des charpentiers travaillant le bois vert à la hache qui ont voulu démontrer que la charpente de N-D pouvait manifestement être reconstruite « à l'authentique », ceux-ci ont mené une action d'éclat consistant à reproduire la ferme n°7 de N-D qui a eu pour conséquences d'affirmer leurs valeurs et leurs convictions, traduisant leur vision de l'utilisation de l'arbre en charpenterie. Cette démarche aboutira à orienter l'attention générale autour de la question de l'usage du bois vert, notamment celle de scientifiques du bois, et finalement à ce que la reconstruction des charpentes médiévales de N-D s'accomplisse selon les choix techniques conformes à leur initiative.

À ce stade, on assista à une mobilisation de l'intérêt des scientifiques du bois autour de la question de l'usage du bois vert et, bien évidemment, de sa durabilité mécanique.

Jusque-là leur activité n'était pas articulée à celle des praticiens du bois vert. L'inauguration de cette articulation ne devait pas tarder à se présenter.

Tout partit d'une rencontre avec Emmanuel Maurin (LRMH) lors des précédentes rencontres du GDR Bois à Nice. Les conversations auxquelles je le conviais à considérer ma pratique au sein de l'Association Iron Rabbits en tant que charpentier-équarrisseur à la hache lui suggèrent d'aller puiser dans notre expérience le moyen de réaliser un projet qu'il avait alors en collaboration avec Alain Cointe (IUT de Bordeaux, Dép. GCCD) et la doctorante Sarah Bouhlel. C'est ainsi que la fabrication d'une maquette (échelle 1/3) des Halles de Villeréal en bois vert et taillée à la hache allait être confiée à notre association dans l'intention de former un objet d'étude soumis à leur protocole de recherche.
# La maquette des Halles de Villeréal.
## Des perspectives d'artisans pour contribuer à l'étude scientifique d'une construction en bois vert.

BRIHIEZ Joseph¹, LEFEVRE Marc², RAMBAUD Paul³

¹Laboratoire Eco-Anthropologie, CNRS, Muséum National d'Histoire Naturelle, Université de Paris, Paris

²Association Iron Rabbits, Nivillac

³SARL De l'arbre à la maison, Nivillac
jbrihiez@gmail.com

**Mots clefs** : bois vert ; charpente équarrie à la hache ; monument historique ; gestion forestière ; arbres ; stratégies écologiques ; convergence de compétences scientifiques et techniques.

## Contexte et objectifs

Depuis une dizaine d'années quelques artisans charpentiers avaient entrepris une réappropriation des conditions d'exercice de leur métier mettant en valeur des techniques anciennes, tirant parti de l'usage d'un bois vert. Non seulement les divergences avec les pratiques en cours dans le domaine de la charpente étaient d'ordre technique, mais celles-ci impliquaient plus largement une bifurcation avec ce qui composait l'unité des méthodes de la filière forêt-bois conventionnelle.

Alors que l'emploi du bois vert constituait jusqu'alors une relative exception dans le domaine professionnel de la charpente et qu'il demeurait peu visible tant pour le grand public que pour les spécialistes, l'incendie de Notre-Dame (N-D) vint bouleverser cet ordre des choses.

Suite à l'implication collective des charpentiers travaillant le bois vert à la hache qui ont voulu démontrer que la charpente de N-D pouvait manifestement être reconstruite « à l'authentique », ceux-ci ont mené une action d'éclat consistant à reproduire la ferme n°7 de N-D qui a eu pour conséquences d'affirmer leurs valeurs et leurs convictions, traduisant leur vision de l'utilisation de l'arbre en charpenterie. Cette démarche aboutira à orienter l'attention générale autour de la question de l'usage du bois vert, notamment celle de scientifiques du bois, et finalement à ce que la reconstruction des charpentes médiévales de N-D s'accomplisse selon les choix techniques conformes à leur initiative.

À ce stade, on assista à une mobilisation de l'intérêt des scientifiques du bois autour de la question de l'usage du bois vert et, bien évidemment, de sa durabilité mécanique.

Jusque-là leur activité n'était pas articulée à celle des praticiens du bois vert. L'inauguration de cette articulation ne devait pas tarder à se présenter.

Tout partit d'une rencontre avec Emmanuel Maurin (LRMH) lors des précédentes rencontres du GDR Bois à Nice. Les conversations auxquelles je le conviais à considérer ma pratique au sein de l'Association Iron Rabbits en tant que charpentier-équarrisseur à la hache lui suggèrent d'aller puiser dans notre expérience le moyen de réaliser un projet qu'il avait alors en collaboration avec Alain Cointe (IUT de Bordeaux, Dép. GCCD) et la doctorante Sarah Bouhlel. C'est ainsi que la fabrication d'une maquette (échelle 1/3) des Halles de Villeréal en bois vert et taillée à la hache allait être confiée à notre association dans l'intention de former un objet d'étude soumis à leur protocole de recherche.
Cette maquette en bois équarris offrait l'avantage d'une plus grande conformité technique à la charpente originale de ces halles tout en mettant à contribution des artisans participant au processus de production de savoirs relatifs à la mise en œuvre du bois vert.

## Matériel et méthode

Des plans réalisés par Sarah Bouhlel (dont la thèse porte sur l'analyse des propriétés de la maquette) à l'aide d'un logiciel de modélisation, assortis d'une fiche de débit furent remis à l'équipe de charpentiers, qui se chargea de sélectionner en forêt les chênes sur pied destinés au bois d'œuvre. La forêt de Bretèche (56) constitue une réserve de bois d'œuvre alimentant les ateliers de charpente locaux.

Les sujets sélectionnés furent abattus durant la fin de l'hiver 2022-2023 par des bûcherons professionnels.

Ils furent débardés courant juin par un attelage de chevaux de traits menés par Laurent Legal (professionnel).

Les plus grandes pièces de la maquette furent équarries à la hache en forêt durant le mois de juin et le reste fut transformé à l'atelier de l'entreprise de charpente « De l'arbre à la maison » (56) dès septembre.

## Résultats et discussion

Compte tenu de l'échelle réduite (1:3), une adaptation fut nécessaire pour produire des pièces d' aussi faible section. Constatant que cette adaptation faisait chez nous l'objet de dilemmes, des interrogations persistent, elles portent sur les limites de la sélection des arbres et de l'approche classique en équarrissage, conçu généralement en bois de brin.

## Conclusion et perspectives

À aucun stade de cette fabrication le bois vert nous est apparu former un obstacle véritable contrairement aux problèmes soulevés par le choix des arbres qui ne peuvent être parfaitement appropriés (les sujets requis en vue d'une parfaite adéquation ne sont pas destinés à être abattus) ce qui nous oblige à déroger au respect du fil du bois.

Il nous semble donc que ce qui donne leur pertinence aux techniques manuelles du bois vert réside dans la compatibilité entre la forme organique des arbres et la forme des pièces employées. Ainsi conçue, la formule en bois vert interroge la gestion des forêts ainsi que la conception des charpentes dans la perspective d'un avenir souhaitable de la filière forêt-bois.
Cette maquette en bois équarris offrait l'avantage d'une plus grande conformité technique à la charpente originale de ces halles tout en mettant à contribution des artisans participant au processus de production de savoirs relatifs à la mise en œuvre du bois vert.

## Matériel et méthode

Des plans réalisés par Sarah Bouhlel (dont la thèse porte sur l'analyse des propriétés de la maquette) à l'aide d'un logiciel de modélisation, assortis d'une fiche de débit furent remis à l'équipe de charpentiers, qui se chargea de sélectionner en forêt les chênes sur pied destinés au bois d'œuvre. La forêt de Bretèche (56) constitue une réserve de bois d'œuvre alimentant les ateliers de charpente locaux.

Les sujets sélectionnés furent abattus durant la fin de l'hiver 2022-2023 par des bûcherons professionnels.

Ils furent débardés courant juin par un attelage de chevaux de traits menés par Laurent Legal (professionnel).

Les plus grandes pièces de la maquette furent équarries à la hache en forêt durant le mois de juin et le reste fut transformé à l'atelier de l'entreprise de charpente « De l'arbre à la maison » (56) dès septembre.

## Résultats et discussion

Compte tenu de l'échelle réduite (1:3), une adaptation fut nécessaire pour produire des pièces d' aussi faible section. Constatant que cette adaptation faisait chez nous l'objet de dilemmes, des interrogations persistent, elles portent sur les limites de la sélection des arbres et de l'approche classique en équarrissage, conçu généralement en bois de brin.

## Conclusion et perspectives

À aucun stade de cette fabrication le bois vert nous est apparu former un obstacle véritable contrairement aux problèmes soulevés par le choix des arbres qui ne peuvent être parfaitement appropriés (les sujets requis en vue d'une parfaite adéquation ne sont pas destinés à être abattus) ce qui nous oblige à déroger au respect du fil du bois.

Il nous semble donc que ce qui donne leur pertinence aux techniques manuelles du bois vert réside dans la compatibilité entre la forme organique des arbres et la forme des pièces employées. Ainsi conçue, la formule en bois vert interroge la gestion des forêts ainsi que la conception des charpentes dans la perspective d'un avenir souhaitable de la filière forêt-bois.
# Caractérisation biochimique et phénotypage haut-débit de la collection nationale de robinier par spectrométrie proche infrarouge

BELMOKHTAR Nassim<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, TOUZET Orlane<fnref n="1" />, BOIZOT Nathalie<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, BERNIER Frédéric<fnref n="3" />,
BRETON Christian<fnref n="1" />

**Mots clefs** : dihydrorobinétine (DHR) ; robinétine (ROB) ; robinier ; SPIR ; HPLC ; calibration ; qualité du bois ; durabilité.

## Contexte et objectifs

Le robinier faux-acacia (Robinia pseudoacacia) est une légumineuse originaire d'Amérique du Nord introduite en France au début du XVIIème siècle par Jean Robin. A ce jour, elle est présente sur l'ensemble du territoire français et européen et représente de fait la deuxième espèce d'arbre plantée dans le monde après l'eucalyptus (Wang, Zhang et al. 2023). Au niveau français, elle représente environ 28 millions m3 de bois sur pied répartis sur environ 200000 hectares (IGN 2022). Considérée comme une espèce invasive, le robinier n'a suscité jusqu'à récemment que très peu d'intérêt. Il présente toutefois de grands intérêts du fait de sa croissance rapide et de l'excellente durabilité naturelle de son bois (classe 1 dans la norme EN350). A ce jour, le bois de robinier est essentiellement utilisé pour le chauffage, la fabrication de piquets et de meubles extérieurs en remplacement des bois tropicaux. Une démarche de sélection rigoureuse d'individus élites échantillonnés sur l'ensemble du territoire français et basée sur des critères de croissance (vigueur, rectitude du tronc et droit fil) a permis récemment de constituer une première collection nationale de robinier (CNR) incluant environ 300 arbres (Barbier, Merzeau et al. 2016).

Des travaux menés préalablement au sein de notre laboratoire ont permis de mettre en évidence la production et l'accumulation de grandes quantités de molécules d'intérêt dans le bois de cœur du robinier. Il s'agit de la dihydrorobinétine (DHR, 35 à 40 % des extractibles) et de la robinétine (ROB, 5 à 10 % des extractibles) qui sont respectivement dotées de propriétés antimicrobiennes et de fluorescence (Fig. 1). Ces deux molécules suscitent actuellement de grands intérêts chez nos partenaires industriels que ce soit pour la production d'actifs antimicrobiens ou de pigments fluorescents (applications cosmétiques, sanitaires, phytosanitaires, Projet IR-VDL ValRob, 2012-2016) mais aussi pour une utilisation directe du bois sous la forme de paillages bio-actifs antimicrobien (projet IR-VDL WoodProActif, 2020-2024).

Les travaux que nous présentons ici entrent dans le cadre de ce dernier projet et ont pour objectif d'affiner la sélection phénotypique déjà réalisée sur les individus de la CNR en y ajoutant des critères de production de molécules d'intérêt (DHR et ROB). Notre étude a ainsi pour objectif de faire appel à la spectrométrie proche infrarouge pour développer des courbes de calibration capables de prédire les teneurs en DHR et en ROB pour l'ensemble des individus de la CNR. Cet outil de phénotypage indirect à haut-débit devrait nous permettre à terme de sélectionner les génotypes les plus producteurs de biomolécules pour la production industrielle d'extraits.

<footnote n="1">¹ UMR BioForA, INRAE, ONF, 45075 Orléans, France</footnote>

<footnote n="2">² Plateforme Phenobois, INRAE, 45075 Orléans, France</footnote>

<footnote n="3">³ UEFP, INRAE, 33610 Cestas, France</footnote>

<footnote>nassim.belmokhtar@inrae.fr</footnote>
# Caractérisation biochimique et phénotypage haut-débit de la collection nationale de robinier par spectrométrie proche infrarouge

BELMOKHTAR Nassim<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, TOUZET Orlane<fnref n="1" />, BOIZOT Nathalie<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, BERNIER Frédéric<fnref n="3" />,
BRETON Christian<fnref n="1" />

**Mots clefs** : dihydrorobinétine (DHR) ; robinétine (ROB) ; robinier ; SPIR ; HPLC ; calibration ; qualité du bois ; durabilité.

## Contexte et objectifs

Le robinier faux-acacia (Robinia pseudoacacia) est une légumineuse originaire d'Amérique du Nord introduite en France au début du XVIIème siècle par Jean Robin. A ce jour, elle est présente sur l'ensemble du territoire français et européen et représente de fait la deuxième espèce d'arbre plantée dans le monde après l'eucalyptus (Wang, Zhang et al. 2023). Au niveau français, elle représente environ 28 millions m3 de bois sur pied répartis sur environ 200000 hectares (IGN 2022). Considérée comme une espèce invasive, le robinier n'a suscité jusqu'à récemment que très peu d'intérêt. Il présente toutefois de grands intérêts du fait de sa croissance rapide et de l'excellente durabilité naturelle de son bois (classe 1 dans la norme EN350). A ce jour, le bois de robinier est essentiellement utilisé pour le chauffage, la fabrication de piquets et de meubles extérieurs en remplacement des bois tropicaux. Une démarche de sélection rigoureuse d'individus élites échantillonnés sur l'ensemble du territoire français et basée sur des critères de croissance (vigueur, rectitude du tronc et droit fil) a permis récemment de constituer une première collection nationale de robinier (CNR) incluant environ 300 arbres (Barbier, Merzeau et al. 2016).

Des travaux menés préalablement au sein de notre laboratoire ont permis de mettre en évidence la production et l'accumulation de grandes quantités de molécules d'intérêt dans le bois de cœur du robinier. Il s'agit de la dihydrorobinétine (DHR, 35 à 40 % des extractibles) et de la robinétine (ROB, 5 à 10 % des extractibles) qui sont respectivement dotées de propriétés antimicrobiennes et de fluorescence (Fig. 1). Ces deux molécules suscitent actuellement de grands intérêts chez nos partenaires industriels que ce soit pour la production d'actifs antimicrobiens ou de pigments fluorescents (applications cosmétiques, sanitaires, phytosanitaires, Projet IR-VDL ValRob, 2012-2016) mais aussi pour une utilisation directe du bois sous la forme de paillages bio-actifs antimicrobien (projet IR-VDL WoodProActif, 2020-2024).

Les travaux que nous présentons ici entrent dans le cadre de ce dernier projet et ont pour objectif d'affiner la sélection phénotypique déjà réalisée sur les individus de la CNR en y ajoutant des critères de production de molécules d'intérêt (DHR et ROB). Notre étude a ainsi pour objectif de faire appel à la spectrométrie proche infrarouge pour développer des courbes de calibration capables de prédire les teneurs en DHR et en ROB pour l'ensemble des individus de la CNR. Cet outil de phénotypage indirect à haut-débit devrait nous permettre à terme de sélectionner les génotypes les plus producteurs de biomolécules pour la production industrielle d'extraits.

<footnote n="1">¹ UMR BioForA, INRAE, ONF, 45075 Orléans, France</footnote>

<footnote n="2">² Plateforme Phenobois, INRAE, 45075 Orléans, France</footnote>

<footnote n="3">³ UEFP, INRAE, 33610 Cestas, France</footnote>

<footnote>nassim.belmokhtar@inrae.fr</footnote>
<figure><img src="image_168.png" /><figcaption>Fig. 1 : structures chimiques de la DHR et de la ROB
D'après (Bostyn et al. 2018).</figcaption></figure>

## Matériel et méthodes

### Préparation de la biomasse lignocellulosique

Les 300 échantillons biologiques proviennent de la collection nationale de robinier située à l'Unité Expérimentale Forêt Pierroton (UEFP) d'INRAE à Cestas (sud-ouest de Bordeaux). Des rejets de souche de différents diamètres (quelques mm à plus de 30 mm) ont été collectés lors de la taille hivernale sur chaque individu. Après séchage à l'étuve (48 h – 40 °C), les stipules (épines) de chaque branche ont été éliminées. Ensuite, chaque branche référencée a été découpée au sécateur, finement broyée et stockée individuellement jusqu'à analyse au sein du site Orléanais de la plateforme Phénobois.

### Acquisition de spectres proche infrarouge

Les spectres ont été acquis par réflexion diffuse sur la poudre de bois de chaque échantillon dans des tubes en verre déposés sur la sphère d'intégration de l'accessoire NIRA du spectromètre infrarouge Frontier (Perkin Elmer, Waltham, MA, USA). Tous les spectres ont été pris entre 10000 et 4000 cm⁻¹ (1000 et 2500 nm) avec un intervalle de 2 cm⁻¹. Chaque spectre résulte de la moyenne de 64 scans successifs.

### Prétraitement des spectres

L'acquisition des spectres dans le proche infrarouge s'accompagne par la présence de bruits qu'il est nécessaire d'atténuer afin d'accéder à l'information en lien avec la présence des molécules d'intérêt dans l'échantillon. Sept prétraitements couramment utilisés en chimiométrie ont été appliqués à l'ensemble des spectres (Rinnan et al. 2009, Engel et al. 2013). Pour ce faire, nous avons fait appel à des fonctions mathématiques implémentés dans des librairies disponibles dans R.

### Dosages biochimiques

Le développement des modèles de prédiction passe par l'utilisation d'un jeu d'étalonnage constitué de 120 échantillons présentant un diamètre supérieur à 10 mm, sélectionnés aléatoirement parmi la collection nationale de robinier. Leurs teneurs en DHR et en RB ont été déterminées par une chaine de chromatographie en phase liquide haute performance (HPLC) VWR-HITACHI® Chromaster couplée à un détecteur DAD. La colonne utilisée est une
<figure><img src="image_169.png" /><figcaption>Fig. 1 : structures chimiques de la DHR et de la ROB
D'après (Bostyn et al. 2018).</figcaption></figure>

# Matériel et méthodes

## Préparation de la biomasse lignocellulosique

Les 300 échantillons biologiques proviennent de la collection nationale de robinier située à l'Unité Expérimentale Forêt Pierroton (UEFP) d'INRAE à Cestas (sud-ouest de Bordeaux). Des rejets de souche de différents diamètres (quelques mm à plus de 30 mm) ont été collectés lors de la taille hivernale sur chaque individu. Après séchage à l'étuve (48 h – 40 °C), les stipules (épines) de chaque branche ont été éliminées. Ensuite, chaque branche référencée a été découpée au sécateur, finement broyée et stockée individuellement jusqu'à analyse au sein du site Orléanais de la plateforme Phénobois.

## Acquisition de spectres proche infrarouge

Les spectres ont été acquis par réflexion diffuse sur la poudre de bois de chaque échantillon dans des tubes en verre déposés sur la sphère d'intégration de l'accessoire NIRA du spectromètre infrarouge Frontier (Perkin Elmer, Waltham, MA, USA). Tous les spectres ont été pris entre 10000 et 4000 cm⁻¹ (1000 et 2500 nm) avec un intervalle de 2 cm⁻¹. Chaque spectre résulte de la moyenne de 64 scans successifs.

## Prétraitement des spectres

L'acquisition des spectres dans le proche infrarouge s'accompagne par la présence de bruits qu'il est nécessaire d'atténuer afin d'accéder à l'information en lien avec la présence des molécules d'intérêt dans l'échantillon. Sept prétraitements couramment utilisés en chimiométrie ont été appliqués à l'ensemble des spectres (Rinnan et al. 2009, Engel et al. 2013). Pour ce faire, nous avons fait appel à des fonctions mathématiques implémentés dans des librairies disponibles dans R.

## Dosages biochimiques

Le développement des modèles de prédiction passe par l'utilisation d'un jeu d'étalonnage constitué de 120 échantillons présentant un diamètre supérieur à 10 mm, sélectionnés aléatoirement parmi la collection nationale de robinier. Leurs teneurs en DHR et en RB ont été déterminées par une chaine de chromatographie en phase liquide haute performance (HPLC) VWR-HITACHI® Chromaster couplée à un détecteur DAD. La colonne utilisée est une
LiChrospher® RP-18 EC 250/4.6 5µm 100 Å MERCK à 40 °C. Le gradient de phases mobiles est le suivant : eau ultrapure et méthanol/Acétonitrile 50/50 avec un débit de mL/min. Les données ont été acquises et traitées avec le logiciel OpenLAB CDS version EZChrom.

Développement de modèles prédictifs

Nous avons fait appel à une méthode de régression des moindres carrés partiels (PLS-R) (Wold et al. 2001) afin de relier les données spectrales aux teneurs en DHR et en ROB mesurées au laboratoire.

Nous mettons plus précisément en œuvre une méthode de validation croisée répétée 50 fois sur des segments provenant de la subdivision du jeu de calibration en 4 blocs aléatoires dans le but d'identifier le meilleur modèle en termes de prétraitement et de variables latentes (Anderssen et al. 2006). Ce dernier est enfin appliqué aux autres individus de la collection afin de les caractériser dans leur totalité. L'algorithme pls utilisé est fourni par la librairie rchemo disponible dans (Lesnoff 2021).

Résultats

Teneurs en DHR et ROB

Les dosages biochimiques ont mis en évidence des teneurs en DHR comprises entre 0,03 et 3,37 mg/g de matière sèche, supérieures à celles de la ROB comprises entre 0,16 et 0,66 mg/g de matière sèche (fig. 2).

<figure><img src="image_169.png" /><figcaption>Fig. 2 : teneurs en DHR et en ROB déterminées par dosage HPLC.</figcaption></figure>

Prétraitement des spectres

Les prétraitements que nous avons appliqués ont permis de réduire considérablement le bruit présent dans les spectres bruts (Fig. 3A). Il en résulte une information plus précise sur les bandes spectrales où réside le plus de variabilité (5500 à 4000 cm⁻¹) entre individus (Fig. 3B).
LiChrospher® RP-18 EC 250/4.6 5µm 100 Å MERCK à 40 °C. Le gradient de phases mobiles est le suivant : eau ultrapure et méthanol/Acétonitrile 50/50 avec un débit de mL/min. Les données ont été acquises et traitées avec le logiciel OpenLAB CDS version EZChrom.

Développement de modèles prédictifs

Nous avons fait appel à une méthode de régression des moindres carrés partiels (PLS-R) (Wold et al. 2001) afin de relier les données spectrales aux teneurs en DHR et en ROB mesurées au laboratoire.

Nous mettons plus précisément en œuvre une méthode de validation croisée répétée 50 fois sur des segments provenant de la subdivision du jeu de calibration en 4 blocs aléatoires dans le but d'identifier le meilleur modèle en termes de prétraitement et de variables latentes (Anderssen et al. 2006). Ce dernier est enfin appliqué aux autres individus de la collection afin de les caractériser dans leur totalité. L'algorithme pls utilisé est fourni par la librairie rchemo disponible dans (Lesnoff 2021).

Résultats

Teneurs en DHR et ROB

Les dosages biochimiques ont mis en évidence des teneurs en DHR comprises entre 0,03 et 3,37 mg/g de matière sèche, supérieures à celles de la ROB comprises entre 0,16 et 0,66 mg/g de matière sèche (fig. 2).

<figure><img src="image_170.png" /><figcaption>Fig. 2 : teneurs en DHR et en ROB déterminées par dosage HPLC.</figcaption></figure>

Prétraitement des spectres

Les prétraitements que nous avons appliqués ont permis de réduire considérablement le bruit présent dans les spectres bruts (Fig. 3A). Il en résulte une information plus précise sur les bandes spectrales où réside le plus de variabilité (5500 à 4000 cm⁻¹) entre individus (Fig. 3B).
<figure><img src="image_170.png" /><figcaption>Fig. 3 : représentation graphique des spectres proches infrarouge de robinier avant (A) et après prétraitement(B).</figcaption></figure>

## Courbe de calibration

La validation croisée répétée, réalisée sur le jeu de calibration constitué de 120 individus, nous a permis d'identifier le meilleur prétraitement qui consiste à normaliser puis lisser par dérivée première de Saviztky & Golay les spectres proche infrarouge pour obtenir la plus faible erreur quadratique moyenne (RMSE), et ce avec 11 variables latentes calculées par la pls (Savitzky and Golay 1964).

Pour la DHR, l'application du modèle PLSR retenu sur le jeu de calibration indique un modèle atteignant un coefficient de détermination $R^2 = 0,80$ alors que l'erreur de prédiction mesurée sur ce jeu de calibration est de 0,237 (Fig. 4). Le modèle de prédiction de la teneur en ROB est en cours de développement.

<figure><img src="image_171.png" /><figcaption>Fig. 4 : Courbe de calibration de la teneur DHR</figcaption></figure>

## Conclusions et perspectives

Ces premiers résultats de prédiction de la teneur DHR à partir de 120 individus sélectionnés parmi les 300 clones de la collection nationale de robinier ouvre la voie à un déploiement de la spectrométrie proche infrarouge comme outil de phénotypage haut débit de l'ensemble des génotypes de robinier présentant potentiellement un intérêt pour la recherche ou l'industrie.

Nous poursuivons actuellement nos travaux pour prédire les teneurs en robinétine qui suscite également l'intérêt de l'industrie cosmétique. A terme, il nous semble toutefois intéressant de compléter les modèles actuels (obtenus à partir de rejets de souche) par l'analyse d'échantillons de bois (tronc) qui pourront être obtenus lors du renouvellement de la CNR prévu en 2024.
<figure><img src="image_171.png" /><figcaption>Fig. 3 : représentation graphique des spectres proches infrarouge de robinier avant (A) et après prétraitement (B).</figcaption></figure>

## Courbe de calibration

La validation croisée répétée, réalisée sur le jeu de calibration constitué de 120 individus, nous a permis d'identifier le meilleur prétraitement qui consiste à normaliser puis lisser par dérivée première de Saviztky & Golay les spectres proches infrarouge pour obtenir la plus faible erreur quadratique moyenne (RMSE), et ce avec 11 variables latentes calculées par la pls (Savitzky and Golay 1964).

Pour la DHR, l'application du modèle PLSR retenu sur le jeu de calibration indique un modèle atteignant un coefficient de détermination $R^2 = 0,80$ alors que l'erreur de prédiction mesurée sur ce jeu de calibration est de 0,237 (Fig. 4). Le modèle de prédiction de la teneur en ROB est en cours de développement.

<figure><img src="image_172.png" /><figcaption>Fig. 4 : Courbe de calibration de la teneur DHR</figcaption></figure>

## Conclusions et perspectives

Ces premiers résultats de prédiction de la teneur DHR à partir de 120 individus sélectionnés parmi les 300 clones de la collection nationale de robinier ouvre la voie à un déploiement de la spectrométrie proche infrarouge comme outil de phénotypage haut débit de l'ensemble des génotypes de robinier présentant potentiellement un intérêt pour la recherche ou l'industrie.

Nous poursuivons actuellement nos travaux pour prédire les teneurs en robinétine qui suscite également l'intérêt de l'industrie cosmétique. A terme, il nous semble toutefois intéressant de compléter les modèles actuels (obtenus à partir de rejets de souche) par l'analyse d'échantillons de bois (tronc) qui pourront être obtenus lors du renouvellement de la CNR prévu en 2024.
Remerciements

Nous remercions la région Centre Val de Loire qui a financé ces travaux dans le cadre du projet WoodProActif (convention régionale N° 2020-00138879).

Références

Anderssen E., Dyrstad K., Westad F., Martens H. (2006) Reducing over-optimism in variable selection by cross-model validation. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 84(1): 69-74.

Barbier C., Merzeau D., Pastuszka P., Charpentier J.-P. (2016) Une première collection nationale de robiniers. Forêt Entreprise (226):10-19.

Bostyn S., Destandau E., Charpentier J.-P., Serrano V., Seigneuret J.-M., Breton C. (2018) Optimization and kinetic modelling of robinetin and dihydrorobinetin extraction from *Robinia pseudoacacia* wood. Industrial Crops and Products 126: 22-30.

Engel J., Gerretzen J., Szymańska E., Jansen J.J., Downey G., Blanchet L., Buydens L.M.C. (2013) Breaking with trends in pre-processing? TrAC Trends in Analytical Chemistry 50: 96-106.

IGN I.N.d.l.I.G.e.F. (2022) Chiffres nationaux pour le robinier Faux acacia. from https://inventaire-forestier.ign.fr/?article1035.

Lesnoff M. (2021) R Package Rchemo: Dimension Reduction, Regression and Discrimination for Chemometrics. https://github.com/mlesnoff/rchemo.

Rinnan Å., v. d. Berg F., Engelsen S.B. (2009) Review of the most common pre-processing techniques for near-infrared spectra. TrAC Trends in Analytical Chemistry 28(10): 1201-1222.

Savitzky A., Golay M.J. (1964) Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures. Analytical chemistry 36(8): 1627-1639.

Wang Z., Zhang X., Lei W., Zhu H., Wu S., Liu B., Ru D. (2023) Chromosome-level genome assembly and population genomics of *Robinia pseudoacacia* reveal the genetic basis for its wide cultivation. Communications Biology 6(1):797.

Wold S., Sjöström M., Eriksson L. (2001) PLS-regression: a basic tool of chemometrics. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 58(2): 109-130.
## Remerciements

Nous remercions la région Centre Val de Loire qui a financé ces travaux dans le cadre du projet WoodProActif (convention régionale N° 2020-00138879).

## Références

Anderssen E., Dyrstad K., Westad F., Martens H. (2006) Reducing over-optimism in variable selection by cross-model validation. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 84(1): 69-74.

Barbier C., Merzeau D., Pastuszka P., Charpentier J.-P. (2016) Une première collection nationale de robiniers. Forêt Entreprise (226):10-19.

Bostyn S., Destandau E., Charpentier J.-P., Serrano V., Seigneuret J.-M., Breton C. (2018) Optimization and kinetic modelling of robinetin and dihydrorobinetin extraction from *Robinia pseudoacacia* wood. Industrial Crops and Products 126: 22-30.

Engel J., Gerretzen J., Szymańska E., Jansen J.J., Downey G., Blanchet L., Buydens L.M.C. (2013) Breaking with trends in pre-processing? TrAC Trends in Analytical Chemistry 50: 96-106.

IGN I.N.d.l.I.G.e.F. (2022) Chiffres nationaux pour le robinier Faux acacia. from https://inventaire-forestier.ign.fr/?article1035.

Lesnoff M. (2021) R Package Rchemo: Dimension Reduction, Regression and Discrimination for Chemometrics. https://github.com/mlesnoff/rchemo.

Rinnan Å., v. d. Berg F., Engelsen S.B. (2009) Review of the most common pre-processing techniques for near-infrared spectra. TrAC Trends in Analytical Chemistry 28(10): 1201-1222.

Savitzky A., Golay M.J. (1964) Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures. Analytical chemistry 36(8): 1627-1639.

Wang Z., Zhang X., Lei W., Zhu H., Wu S., Liu B., Ru D. (2023) Chromosome-level genome assembly and population genomics of *Robinia pseudoacacia* reveal the genetic basis for its wide cultivation. Communications Biology 6(1):797.

Wold S., Sjöström M., Eriksson L. (2001) PLS-regression: a basic tool of chemometrics. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 58(2): 109-130.
# Approche par calculs fractionnaires du fluage viscoélastique non linéaire du bois de Sapelli (Entandrophragma cylindricum)

NGUEDJIO Loïc Chrislin¹, NGAMGA MABEKOU Sandrine¹, MOUTOU PITTI Rostand²,³, TALLA Pierre Kisito¹

¹Unité de Recherche de Mécanique et de Modélisation des Systèmes des Physiques (UR2MSP) ; Département de Physiques, Faculté des Sciences, Université de Dschang, BP 67, Dschang, Cameroun

²Université Clermont Auvergne, Clermont Auvergne INP, CNRS, Institut Pascal, F-63000, Clermont-Ferrand, France

³CENAREST, IRT, BP14070, Libreville, Gabon
lchristlin2000@gmail.com, tpierrekisito@yahoo.com, rostand.moutou_pitti@uca.fr

**Mots clefs** : Bois ; fluage ; Sapelli ; modèle fractionnaire de Thomson.

## Contexte et objectifs

Le bois apparaît aujourd'hui comme un nouveau matériau de construction moderne et s'impose davantage en structure notamment à cause de son caractère renouvelable, de sa durabilité et de sa mise en forme aisée. Cependant, une fois en service il flue à température ambiante et sous de faibles contraintes, se déforme et fait ainsi face au problème de fluage. Il est donc impératif de contrôler et de développer des solutions adéquates telles que la modélisation et la prédiction adressées à ce phénomène qui peut devenir nocif. Les modèles rhéologiques classiques de prédiction du fluage ont fait l'objet de plusieurs travaux qui pour certains requièrent un grand nombre de paramètres (Tagne 2018). Dans l'optique de concevoir des modèles de prédiction ayant un nombre réduit de paramètres et qui par la même occasion représentent mieux le caractère héréditaire du bois (car la déformation observée à un instant donné dépend des déformations observées aux instants précédents), les modèles rhéologiques fractionnaires ont vus le jour (Krasnobrizha 2016). L'objectif de ce travail est de modéliser et de prédire les déformations du bois de Sapelli (Entandrophragma cylindricum) utilisé en structure. Pour ce fait le modèle fractionnaire de Thomson est proposé.

## Matériels et méthodes

### Modèle rhéologique fractionnaire de Thomson

La Fig. 1 nous présente le modèle rhéologique fractionnaire de Thomson à trois paramètres, proposé pour cette étude. L'équation différentielle fractionnaire (Xu, 2019) de ce modèle se présente sous la forme suivante :

$$E_0 D^\alpha \varepsilon(t) + a \varepsilon(t) = b D^\alpha \sigma(t) + c \sigma(t) \quad (1)$$

avec :
$$a = \frac{E_0 + E_1}{\nu}, \quad b = \frac{E_0 E_1}{\nu} \quad \text{et} \quad c = \frac{E_1}{\nu(E_0 + E_1)}.$$

$E_0$ et $E_1$ sont les modules d'élasticité des deux ressorts du modèle et caractérisent le comportement élastique du matériau, $\nu$ est le coefficient de viscosité fractionnaire, $D^\alpha$ est la dérivée fractionnaire au sens de Riemann-Liouville (Bekka 2018) et $\alpha$ l'ordre de cette dérivée. $\varepsilon(t)$ et $\sigma(t)$ représentent respectivement la déformation totale et la contrainte totale.
# Approche par calculs fractionnaires du fluage viscoélastique non linéaire du bois de Sapelli (Entandrophragma cylindricum)

NGUEDJIO Loïc Chrislin¹, NGAMGA MABEKOU Sandrine¹, MOUTOU PITTI Rostand²,³, TALLA Pierre Kisito¹

¹Unité de Recherche de Mécanique et de Modélisation des Systèmes des Physiques (UR2MSP) ; Département de Physiques, Faculté des Sciences, Université de Dschang, BP 67, Dschang, Cameroun

²Université Clermont Auvergne, Clermont Auvergne INP, CNRS, Institut Pascal, F-63000, Clermont-Ferrand, France

³CENAREST, IRT, BP14070, Libreville, Gabon
lchristlin2000@gmail.com, tpierrekisito@yahoo.com, rostand.moutou_pitti@uca.fr

**Mots clefs** : Bois ; fluage ; Sapelli ; modèle fractionnaire de Thomson.

## Contexte et objectifs

Le bois apparaît aujourd'hui comme un nouveau matériau de construction moderne et s'impose davantage en structure notamment à cause de son caractère renouvelable, de sa durabilité et de sa mise en forme aisée. Cependant, une fois en service il flue à température ambiante et sous de faibles contraintes, se déforme et fait ainsi face au problème de fluage. Il est donc impératif de contrôler et de développer des solutions adéquates telles que la modélisation et la prédiction adressées à ce phénomène qui peut devenir nocif. Les modèles rhéologiques classiques de prédiction du fluage ont fait l'objet de plusieurs travaux qui pour certains requièrent un grand nombre de paramètres (Tagne 2018). Dans l'optique de concevoir des modèles de prédiction ayant un nombre réduit de paramètres et qui par la même occasion représentent mieux le caractère héréditaire du bois (car la déformation observée à un instant donné dépend des déformations observées aux instants précédents), les modèles rhéologiques fractionnaires ont vus le jour (Krasnobrizha 2016). L'objectif de ce travail est de modéliser et de prédire les déformations du bois de Sapelli (Entandrophragma cylindricum) utilisé en structure. Pour ce fait le modèle fractionnaire de Thomson est proposé.

## Matériels et méthodes

### Modèle rhéologique fractionnaire de Thomson

La Fig. 1 nous présente le modèle rhéologique fractionnaire de Thomson à trois paramètres, proposé pour cette étude. L'équation différentielle fractionnaire (Xu, 2019) de ce modèle se présente sous la forme suivante :

$$E_0 D^\alpha \varepsilon(t) + a \varepsilon(t) = b D^\alpha \sigma(t) + c \sigma(t) \quad (1)$$

avec :
$$a = \frac{E_0 + E_1}{\nu}, b = \frac{E_0 E_1}{\nu} \text{ et } c = \frac{E_1}{\nu(E_0 + E_1)}.$$

$E_0$ et $E_1$ sont les modules d'élasticité des deux ressorts du modèle et caractérisent le comportement élastique du matériau, $\nu$ est le coefficient de viscosité fractionnaire, $D^\alpha$ est la dérivée fractionnaire au sens de Riemann-Liouville (Bekka 2018) et $\alpha$ l'ordre de cette dérivée. $\varepsilon(t)$ et $\sigma(t)$ représentent respectivement la déformation totale et la contrainte totale.
La fonction de fluage $\varepsilon(t)$ du modèle est obtenue en résolvant au moyen de la Transformée de Laplace (Krasnobrizha 2016) l'équation différentielle (1) d'inconnue $\varepsilon(t)$ pour $\sigma$ constante. La solution est sous la forme suivante :

$$ \varepsilon(t) = \sigma.b.E_{\alpha,1}(-at^{\alpha}) + \sigma.c.t^{\alpha}.E_{\alpha,\alpha+1}(-at^{\alpha}) \quad (2) $$

où $E_{\alpha,\beta}$ est la fonction généralisée de Mittag-Leffler (Bekka, 2018).

<figure><img src="image_172.png" /><figcaption>Fig. 1 : Modèle rhéologique fractionnaire de Thomson à trois paramètres.</figcaption></figure>

## Méthode expérimentale et méthode numérique

Pour tester la fiabilité du modèle, nous avons effectué des essais de fluage en flexion statique quatre points sur 2 éprouvettes à section carrée de dimensions (20mm × 20mm × 360mm) d'un même tronc de Sapelli (Entandrophragma cylindricum) Dans un environnement aux conditions climatiques de 24°C de température et de 65% de taux d'humidité relatif, cet essai consiste à exercer une contrainte sur une éprouvette, la maintenir constante et mesurer les déformations dans le temps (Fig. 2). Nous obtenons ainsi un ensemble de points expérimentaux représentant les données du fluage de notre matériau (Fig. 3).

<figure><img src="image_173.png" /><figcaption>Fig. 2 : Photo de l'éprouvette chargée en flexion quatre points.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_174.png" /><figcaption>Fig. 3 : Courbes expérimentales du fluage : éprouvettes 1 et 2.</figcaption></figure>

Une fois les données expérimentales à notre disposition, il faut trouver les paramètres optimaux du modèle qui ajustent ces données. Le premier paramètre $E_0$ est calculé en utilisant la valeur de la déformation initiale instantanée $\varepsilon_0$ relevée lors de l'essai de fluage juste au moment où le matériau est chargé. L'expression de ce paramètre est donnée par :

$$ E_0 = \frac{\sigma}{\varepsilon_0}. \quad (3) $$
La fonction de fluage $\varepsilon(t)$ du modèle est obtenue en résolvant au moyen de la Transformée de Laplace (Krasnobrizha 2016) l'équation différentielle (1) d'inconnue $\varepsilon(t)$ pour $\sigma$ constante. La solution est sous la forme suivante :

$$ \varepsilon(t) = \sigma.b.E_{\alpha,1}(-at^{\alpha}) + \sigma.c.t^{\alpha}.E_{\alpha,\alpha+1}(-at^{\alpha}) \quad (2) $$

où $E_{\alpha,\beta}$ est la fonction généralisée de Mittag-Leffler (Bekka, 2018).

<figure><img src="image_173.png" /><figcaption>Fig. 1 : Modèle rhéologique fractionnaire de Thomson à trois paramètres.</figcaption></figure>

## Méthode expérimentale et méthode numérique

Pour tester la fiabilité du modèle, nous avons effectué des essais de fluage en flexion statique quatre points sur 2 éprouvettes à section carrée de dimensions (20mm × 20mm × 360mm) d'un même tronc de Sapelli (Entandrophragma cylindricum) Dans un environnement aux conditions climatiques de 24°C de température et de 65% de taux d'humidité relatif, cet essai consiste à exercer une contrainte sur une éprouvette, la maintenir constante et mesurer les déformations dans le temps (Fig. 2). Nous obtenons ainsi un ensemble de points expérimentaux représentant les données du fluage de notre matériau (Fig. 3).

<figure><img src="image_174.png" /><figcaption>Fig. 2 : Photo de l'éprouvette chargée en flexion quatre points.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_175.png" /><figcaption>Fig. 3 : Courbes expérimentales du fluage : éprouvettes 1 et 2.</figcaption></figure>

Une fois les données expérimentales à notre disposition, il faut trouver les paramètres optimaux du modèle qui ajustent ces données. Le premier paramètre $E_0$ est calculé en utilisant la valeur de la déformation initiale instantanée $\varepsilon_0$ relevée lors de l'essai de fluage juste au moment où le matériau est chargé. L'expression de ce paramètre est donnée par :

$$ E_0 = \frac{\sigma}{\varepsilon_0}. \quad (3) $$
Les autres paramètres $E_1$, $\alpha$ et $\nu$ sont déterminés en utilisant l'algorithmique d'optimisation de Levenberg-Marquardt basé sur le *machine learning*.

## Résultats et discussion

En introduisant l'équation (2) donnant la fonction de prédiction du fluage du modèle fractionnaire de Thomson dans l'algorithmique, les paramètres optimaux du modèle sont déterminés en ajustant les données expérimentales du fluage. La précision des résultats est également calculée par l'algorithmique et la courbe d'ajustement est superposée à celle du fluage expérimental comme le montre la Fig. 4.

<figure><img src="image_175.png" /><figcaption>Fig.4 : Prédiction du fluage via le modèle fractionnaire de Thomson : éprouvettes 1 et 2.</figcaption></figure>

En observant les ajustements avec le modèle fractionnaire de Thomson (Fig.2), on se rend compte que la déformation quasi-instantanée ainsi que le fluage primaire sont bien représentés. Le fluage secondaire, quant à lui, présente quelques différences d'adaptation qui peuvent être causées par les fluctuations des conditions environnementales pendant les essais. De façon générale, nous pouvons constater que le modèle fractionnaire de Thomson s'accorde bien avec l'expérimental pour un coefficient de détermination des paramètres de 0,98.

Par ailleurs, les valeurs des paramètres optimaux déterminés par l'algorithmique sont présentées dans le Tab. 1 où on peut remarquer que le Sapelli est un bois souple car les déformations croissent avec la contrainte. De plus en diminuant la contrainte, on augmente l'ordre fractionnaire $\alpha$, augmentant implicitement la viscosité ce qui réduit les glissements aux joints au sein du matériau et dans ce cas les déformations sont moins prononcées.

<table><caption>Tab.1 : Paramètres du modèle fractionnaire de Thomson.</caption><thead><tr><td>$\sigma$ (MPa)</td><td>$E_0$ (10<sup>4</sup> MPa)</td><td>$E_1$ (MPa)</td><td>$\nu$ (10<sup>19</sup> MPa.min<sup>\alpha</sup>)</td><td>$\alpha$</td></tr></thead><tbody><tr><td>43,9</td><td>2,85</td><td>0,054</td><td>0,90</td><td>0,302</td></tr><tr><td>22,7</td><td>1,48</td><td>0,015</td><td>1,1</td><td>0,303</td></tr></tbody></table>

## Conclusion et perspectives

Dans ce travail, l'étude du comportement différé (fluage non linéaire) du bois de Sapelli (*Entandrophragma cylindricum*) a été abordée en utilisant une approche basée sur la théorie du calcul fractionnaire. Il ressort de cette étude que le modèle fractionnaire de Thomson à trois paramètres proposé ajuste le fluage du Sapelli avec une précision moyenne de 98%. Les paramètres optimaux du modèle ont été déterminés grâce à l'algorithmique de Levenberg-Marquardt et les résultats ont été validés par les essais expérimentaux montrant que le modèle fractionnaire décrit bien les deux premiers stades du fluage non linéaire du bois de Sapelli. Le modèle fractionnaire de Thomson à trois paramètres peut donc être utilisé en ingénierie comme modèle de prédiction des déformations de ce bois. En guise de perspectives pour ces travaux,
Les autres paramètres $E_1$, $\alpha$ et $\nu$ sont déterminés en utilisant l'algorithmique d'optimisation de Levenberg-Marquardt basé sur le *machine learning*.

## Résultats et discussion

En introduisant l'équation (2) donnant la fonction de prédiction du fluage du modèle fractionnaire de Thomson dans l'algorithmique, les paramètres optimaux du modèle sont déterminés en ajustant les données expérimentales du fluage. La précision des résultats est également calculée par l'algorithmique et la courbe d'ajustement est superposée à celle du fluage expérimental comme le montre la Fig. 4.

<figure><img src="image_176.png" /><figcaption>Fig.4 : Prédiction du fluage via le modèle fractionnaire de Thomson : éprouvettes 1 et 2.</figcaption></figure>

En observant les ajustements avec le modèle fractionnaire de Thomson (Fig.2), on se rend compte que la déformation quasi-instantanée ainsi que le fluage primaire sont bien représentés. Le fluage secondaire, quant à lui, présente quelques différences d'adaptation qui peuvent être causées par les fluctuations des conditions environnementales pendant les essais. De façon générale, nous pouvons constater que le modèle fractionnaire de Thomson s'accorde bien avec l'expérimental pour un coefficient de détermination des paramètres de 0,98.

Par ailleurs, les valeurs des paramètres optimaux déterminés par l'algorithmique sont présentées dans le Tab. 1 où on peut remarquer que le Sapelli est un bois souple car les déformations croissent avec la contrainte. De plus en diminuant la contrainte, on augmente l'ordre fractionnaire $\alpha$, augmentant implicitement la viscosité ce qui réduit les glissements aux joints au sein du matériau et dans ce cas les déformations sont moins prononcées.

<table><caption>Tab.1 : Paramètres du modèle fractionnaire de Thomson.</caption><thead><tr><td>$\sigma$ (MPa)</td><td>$E_0$ (10<sup>4</sup> MPa)</td><td>$E_1$ (MPa)</td><td>$\nu$ (10<sup>19</sup> MPa.min<sup>\alpha</sup>)</td><td>$\alpha$</td></tr></thead><tbody><tr><td>43,9</td><td>2,85</td><td>0,054</td><td>0,90</td><td>0,302</td></tr><tr><td>22,7</td><td>1,48</td><td>0,015</td><td>1,1</td><td>0,303</td></tr></tbody></table>

## Conclusion et perspectives

Dans ce travail, l'étude du comportement différé (fluage non linéaire) du bois de Sapelli (*Entandrophragma cylindricum*) a été abordée en utilisant une approche basée sur la théorie du calcul fractionnaire. Il ressort de cette étude que le modèle fractionnaire de Thomson à trois paramètres proposé ajuste le fluage du Sapelli avec une précision moyenne de 98%. Les paramètres optimaux du modèle ont été déterminés grâce à l'algorithmique de Levenberg-Marquardt et les résultats ont été validés par les essais expérimentaux montrant que le modèle fractionnaire décrit bien les deux premiers stades du fluage non linéaire du bois de Sapelli. Le modèle fractionnaire de Thomson à trois paramètres peut donc être utilisé en ingénierie comme modèle de prédiction des déformations de ce bois. En guise de perspectives pour ces travaux,
les recherches futures se pencheront sur l'étude du fluage à des niveaux de contraintes plus élevés et prenant en compte les fluctuations des conditions environnementales. Les essais devront être menés sur une période plus grande afin d'étudier la phase tertiaire du fluage et de modéliser le comportement au point de rupture.

## Remerciements

Les auteurs remercient l'Unité de Recherche et de Modélisation des Systèmes Physiques de l'Université de Dschang pour avoir fourni les installations de flexion.

## Références

Bekka A (2018) Calcul numérique des dérivées fractionnaires, mémoire de master en mathématiques de l'université Mohamed Boudiaf De M'sila, République Algérienne Démocratique et Populaire, 33p.

Krasnobrizha A, Rozycki P, Cosson P, Gornet L (2016) Modélisation des mécanismes d'hystérésis des composites tissés à l'aide d'un modèle collaboratif élasto-plastique endommageable à dérivées fractionnaires, Matériaux et Techniques, 104(4), EDP Sciences, p. 407.

Xu Y, Cheng M, Huang R, Yu, J (2019) The general kelvin model and poynting model based on the general fractional calculus, In: IOP Conference Series earth and Environmental Science, volume 252, 9p.

Tagne NS, Ndapeu D, Nkemaja D, Tchemou G, Fokwa D, Huisken W (2018) Study of the viscoelastic behaviour of the Raffia vinifera fibres, Industrial Crops and Products, 124, p. 572-581.
les recherches futures se pencheront sur l'étude du fluage à des niveaux de contraintes plus élevés et prenant en compte les fluctuations des conditions environnementales. Les essais devront être menés sur une période plus grande afin d'étudier la phase tertiaire du fluage et de modéliser le comportement au point de rupture.

## Remerciements

Les auteurs remercient l'Unité de Recherche et de Modélisation des Systèmes Physiques de l'Université de Dschang pour avoir fourni les installations de flexion.

## Références

Bekka A (2018) Calcul numérique des dérivées fractionnaires, mémoire de master en mathématiques de l'université Mohamed Boudiaf De M'sila, République Algérienne Démocratique et Populaire, 33p.

Krasnobrizha A, Rozycki P, Cosson P, Gornet L (2016) Modélisation des mécanismes d'hystérésis des composites tissés à l'aide d'un modèle collaboratif élasto-plastique endommageable à dérivées fractionnaires, Matériaux et Techniques, 104(4), EDP Sciences, p. 407.

Xu Y, Cheng M, Huang R, Yu, J (2019) The general kelvin model and poynting model based on the general fractional calculus, In: IOP Conference Series earth and Environmental Science, volume 252, 9p.

Tagne NS, Ndapeu D, Nkemaja D, Tchemou G, Fokwa D, Huisken W (2018) Study of the viscoelastic behaviour of the Raffia vinifera fibres, Industrial Crops and Products, 124, p. 572-581.
# Utilisation des éco-matériaux locaux pour la construction des bâtiments à empreinte bas carbone en République Démocratique du Congo

LEWO NKONDI Blanca<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, AZAMA Nicolas<fnref n="1" />, BLAYSAT Benoit<fnref n="2" />,
MOUTOU PITTI Rostand<fnref n="2" />,<fnref n="3" />

**Mots clefs** : Eco-matériaux ; construction ; impact environnemental ; bâtiments ; durable.

## Contexte et objectifs

La conception de bâtiments à bilan carbone neutre présente plusieurs défis, notamment la nécessité d'une part, d'utiliser des éco-matériaux (matériaux durables et moins énergivores aussi bien durant leurs cycles de production que pendant leur utilisation), d'autre part, de maximiser l'efficacité énergétique du bâtiment en phase d'exploitation (ECOMAT 2022). Cependant, le choix des éco-matériaux repose sur des facteurs tels que la disponibilité, la durabilité, le coût, le rendement énergétique et environnemental ainsi que la résistance mécanique. C'est ainsi que l'utilisation des matériaux de construction à base d'argile conduirait à l'optimisation des technologies ayant recours aux éco-matériaux, du fait de leur disponibilité en RD Congo, de leur durabilité, de leur bonne isolation thermique et acoustique (Azama Mutonkole 2019 ; Lewo et Azama 2019).

Pour ce faire, cette thèse propose une analyse plus approfondie desdits matériaux, à l'instar de ceux produits par l'entreprise Kwilu-Brique, basée à Kwilu-Ngongo situé à l'Ouest de la RD Congo, en vue d'améliorer leurs caractéristiques actuelles pour les rendre davantage meilleures. A cet effet, quatre adjuvants ont été retenus pour être incorporés dans le mélange de base de la fabrication des briques, à savoir, la sciure de bois, la bagasse et la mélasse. L'objectif final étant d'utiliser ces matériaux, dont les caractéristiques ont été améliorées, dans l'enveloppe du bâtiment pour réduire ses émissions des gaz à effet de serre et en optimiser le confort.

## Matériel et méthode

Le processus de fabrication des échantillons est montré dans la Fig. 1.

## Résultats attendus

Du point de vue des caractéristiques physiques : un suivi de la perte de masse sera effectué sur les échantillons après chaque étape du procédé d'élaboration, une évaluation des retraits dimensionnels en diamètre et en longueur seront réalisée sur les échantillons après chaque étape du procédé d'élaboration, une observation de la microstructure des échantillons sera observée par microscope optique après chaque étape du procédé et enfin, les mesures des taux de porosité seront effectuées sur les échantillons après cuisson.

Du point de vue des caractéristiques thermiques : les mesures des diffusivités thermiques des échantillons seront réalisées dans les directions perpendiculaire et parallèle à la direction de l'extrusion. Les résultats obtenus devront être conformes à la norme et supérieurs à ceux des produits Kwilu-Briques.

<footnote n="1">¹Institut National du Bâtiment et des Travaux Publics, RD Congo</footnote>

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

<footnote n="3">³CENAREST, IRT, BP14070, Libreville, Gabon
blancalewo@gmail.com, nicazrusia@hotmail.com, rostand.moutou_pitti@uca.fr</footnote>
# Utilisation des éco-matériaux locaux pour la construction des bâtiments à empreinte bas carbone en République Démocratique du Congo

LEWO NKONDI Blanca<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, AZAMA Nicolas<fnref n="1" />, BLAYSAT Benoit<fnref n="2" />,
MOUTOU PITTI Rostand<fnref n="2" />,<fnref n="3" />

**Mots clefs** : Eco-matériaux ; construction ; impact environnemental ; bâtiments ; durable.

## Contexte et objectifs

La conception de bâtiments à bilan carbone neutre présente plusieurs défis, notamment la nécessité d'une part, d'utiliser des éco-matériaux (matériaux durables et moins énergivores aussi bien durant leurs cycles de production que pendant leur utilisation), d'autre part, de maximiser l'efficacité énergétique du bâtiment en phase d'exploitation (ECOMAT 2022). Cependant, le choix des éco-matériaux repose sur des facteurs tels que la disponibilité, la durabilité, le coût, le rendement énergétique et environnemental ainsi que la résistance mécanique. C'est ainsi que l'utilisation des matériaux de construction à base d'argile conduirait à l'optimisation des technologies ayant recours aux éco-matériaux, du fait de leur disponibilité en RD Congo, de leur durabilité, de leur bonne isolation thermique et acoustique (Azama Mutonkole 2019 ; Lewo et Azama 2019).

Pour ce faire, cette thèse propose une analyse plus approfondie desdits matériaux, à l'instar de ceux produits par l'entreprise Kwilu-Brique, basée à Kwilu-Ngongo situé à l'Ouest de la RD Congo, en vue d'améliorer leurs caractéristiques actuelles pour les rendre davantage meilleures. A cet effet, quatre adjuvants ont été retenus pour être incorporés dans le mélange de base de la fabrication des briques, à savoir, la sciure de bois, la bagasse et la mélasse. L'objectif final étant d'utiliser ces matériaux, dont les caractéristiques ont été améliorées, dans l'enveloppe du bâtiment pour réduire ses émissions des gaz à effet de serre et en optimiser le confort.

## Matériel et méthode

Le processus de fabrication des échantillons est montré dans la Fig. 1.

## Résultats attendus

*Du point de vue des caractéristiques physiques :* un suivi de la perte de masse sera effectué sur les échantillons après chaque étape du procédé d'élaboration, une évaluation des retraits dimensionnels en diamètre et en longueur seront réalisée sur les échantillons après chaque étape du procédé d'élaboration, une observation de la microstructure des échantillons sera observée par microscope optique après chaque étape du procédé et enfin, les mesures des taux de porosité seront effectuées sur les échantillons après cuisson.

*Du point de vue des caractéristiques thermiques :* les mesures des diffusivités thermiques des échantillons seront réalisées dans les directions perpendiculaire et parallèle à la direction de l'extrusion. Les résultats obtenus devront être conformes à la norme et supérieurs à ceux des produits Kwilu-Briques.

<footnote n="1">¹Institut National du Bâtiment et des Travaux Publics, RD Congo</footnote>

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

<footnote n="3">³CENAREST, IRT, BP14070, Libreville, Gabon
blancalewo@gmail.com, nicazrusia@hotmail.com, rostand.moutou_pitti@uca.fr</footnote>
Du point de vue des propriétés mécaniques : les valeurs moyennes des contraintes à la rupture en flexion et en compression seront déterminées par des essais de flexion et de compression sur plusieurs éprouvettes. Les résultats obtenus doivent être conformes à la norme et supérieurs aux produits Kwilu-briques et pourront être comparés à des résultats disponibles dans la littérature (Moutou Pitti et al. 2023).

<figure><img src="image_176.png" /><figcaption>Fig. 1 : Processus de fabrication</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Les résultats issus des essais effectués seront intégrés dans un modèle numérique permettant de simuler différents scénarios tels que l'architecture du bâtiment, son implantation dans différents milieux naturels et géotechniques et le mode d'exploitation lié à l'usage du bâtiment.

## Remerciements

Nous remercions le Gouvernement Français pour son soutien financier et l'entreprise Kwilu-brique qui met à notre disposition ses matériels, ses produits ainsi que ses procédés de production afin de nous permettre d'effectuer nos recherches.

## Références

Azama N., Mutonkole P. (2019) Réduction de la consommation énergétique des bâtiments en zones chaudes par le choix des matériaux de construction. lère Conférence Interuniversitaire Russe de Tambov State Technical University sur le thème "Science moderne : théorie, méthodologie et pratique". 12.19, Tambov, Fédération de Russie.

Lewo N.B, Azama N. (2019) Impact de l'utilisation de matériaux de construction à base de ciment dans la construction des habitations implantées dans des localités à forte teneur en argile. Cas de la province du « Kongo Central » en RD Congo. lère Conférence Interuniversitaire Russe due Tambov State Technical University. 12.19, Tambov, Fédération de Russie.

Moutou Pitti R., Ekomy Ango S., Soumbou S., Feldman Pambou Nziengui C. (2023) Conception et fabrication d'une brique adobe à partir des sciures de bois d'origine du bassin du Congo. Rentrée scientifique de l'Institut National du Bâtiment et des Travaux Publics (INBTP), 02.23, Kinshasa RD Congo.

ECOMAT (2022) 2ème Conférence des Eco-Matériaux en Afrique - CEMA'2022, 06.22, Saly, Sénégal. https://cema2021.sciencesconf.org/
Du point de vue des propriétés mécaniques : les valeurs moyennes des contraintes à la rupture en flexion et en compression seront déterminées par des essais de flexion et de compression sur plusieurs éprouvettes. Les résultats obtenus doivent être conformes à la norme et supérieurs aux produits Kwilu-briques et pourront être comparés à des résultats disponibles dans la littérature (Moutou Pitti et al. 2023).

<figure><img src="image_177.png" /><figcaption>Fig. 1 : Processus de fabrication</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Les résultats issus des essais effectués seront intégrés dans un modèle numérique permettant de simuler différents scénarios tels que l'architecture du bâtiment, son implantation dans différents milieux naturels et géotechniques et le mode d'exploitation lié à l'usage du bâtiment.

## Remerciements

Nous remercions le Gouvernement Français pour son soutien financier et l'entreprise Kwilu-brique qui met à notre disposition ses matériels, ses produits ainsi que ses procédés de production afin de nous permettre d'effectuer nos recherches.

## Références

Azama N., Mutonkole P. (2019) Réduction de la consommation énergétique des bâtiments en zones chaudes par le choix des matériaux de construction. lère Conférence Interuniversitaire Russe de Tambov State Technical University sur le thème "Science moderne : théorie, méthodologie et pratique". 12.19, Tambov, Fédération de Russie.

Lewo N.B, Azama N. (2019) Impact de l'utilisation de matériaux de construction à base de ciment dans la construction des habitations implantées dans des localités à forte teneur en argile. Cas de la province du « Kongo Central » en RD Congo. lère Conférence Interuniversitaire Russe due Tambov State Technical University. 12.19, Tambov, Fédération de Russie.

Moutou Pitti R., Ekomy Ango S., Soumbou S., Feldman Pambou Nziengui C. (2023) Conception et fabrication d'une brique adobe à partir des sciures de bois d'origine du bassin du Congo. Rentrée scientifique de l'Institut National du Bâtiment et des Travaux Publics (INBTP), 02.23, Kinshasa RD Congo.

ECOMAT (2022) 2ème Conférence des Eco-Matériaux en Afrique - CEMA'2022, 06.22, Saly, Sénégal. https://cema2021.sciencesconf.org/
# De la valorisation d'une plante invasive (*Baccharis halimifolia*) vers l'écoconception d'un panneau bois local

BERTRAND Gaël<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, LACOSTE Clément<fnref n="1" />, LE MOIGNE Nicolas<fnref n="1" />, HOSTEQUIN Anne-Claire<fnref n="3" />, MAGNIN Arnaud<fnref n="3" />

**Mots clefs** : Panneaux, bois, fibres, colle, biocomposites, bio-adhésifs, valorisations

## Contexte et objectifs

*Baccharis halimifolia* L. (Asteraceae) est un arbuste invasif au fort potentiel de développement sur le littoral camarguais. Les équipes des Ateliers Luma, en collaboration avec le centre de recherche C2MA de l'IMT Mines Alès sont à l'initiative de recherches qui permettraient de valoriser les broyats issus des campagnes d'arrachages de *B. halimifolia* en panneaux biosourcés et biodégradables d'usage non-structurels. Dans le cadre d'un projet collaboratif, réalisé dans l'équipe Polymères, Composites et Hybrides (PCH), il a été possible de mettre au point un procédé expérimental permettant de fabriquer des panneaux de *B. halimifolia* en utilisant un liant biosourcé. Trois granulométries de broyats ont été thermo-compressées avec ce liant puis soumis à des essais de flexion 3 points pour évaluer leurs performances mécaniques. En complément, la qualité de l'interface fibre-liant a été évaluée par microscopie électronique à balayage. L'objectif est de mettre en lien les observations faites à l'échelle microstructurale et les résultats obtenus en essais mécaniques.

## Matériel et méthodes

### Caractérisation anatomique de B. Halimifolia

Un échantillon de *B. Halimifolia* a été arraché sur les sites des marais de Meyrannes. Sur cet individu ont été prélevés plusieurs coupes anatomiques correspondant à 3 niveaux d'unités de croissances différentes (structure mise en place par la tige au cours d'une période d'allongement ininterrompue).

Les échantillons sont donc : 3 coupes anatomiques à UCn ; 3 coupes anatomiques à UCn-1 ; 3 coupes anatomiques à UCn-2 ou plus anciennes ; 3 coupes anatomiques de racines ; 3 coupes anatomiques de feuille.

Les coupes sont colorées au bleu de toluidine puis placées sur un montage entre lame et lamelle de verre afin d'être observées au microscope optique en lumière blanche, puis au microscope optique / numérique en lumière blanche. Les photographies sont prises numériquement depuis un poste informatique relié au microscope optique / numérique Olympus du département de biologie de l'université de Montpellier.

### Préparation des fractions de broyats

Les fractions de broyats réceptionnées au laboratoire sont issues d'un broyeur agricole. Ces dernières sont à nouveaux broyées au calibre 8 mm puis tamisées selon trois mélanges granulométriques :

<footnote n="1">¹Polymères, Composites et Hybrides (PCH), IMT Mines Alès, Alès</footnote>

<footnote n="2">²Master Science du Bois, Université des Sciences de Montpellier</footnote>

<footnote n="3">³Ateliers LUMA, Arles</footnote>

<footnote>gael.bertrand@etu.umontpellier.fr</footnote>
# De la valorisation d'une plante invasive (*Baccharis halimifolia*) vers l'écoconception d'un panneau bois local

BERTRAND Gaël<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, LACOSTE Clément<fnref n="1" />, LE MOIGNE Nicolas<fnref n="1" />, HOSTEQUIN Anne-Claire<fnref n="3" />, MAGNIN Arnaud<fnref n="3" />

**Mots clefs** : Panneaux, bois, fibres, colle, biocomposites, bio-adhésifs, valorisations

## Contexte et objectifs

*Baccharis halimifolia* L. (Asteraceae) est un arbuste invasif au fort potentiel de développement sur le littoral camarguais. Les équipes des Ateliers Luma, en collaboration avec le centre de recherche C2MA de l'IMT Mines Alès sont à l'initiative de recherches qui permettraient de valoriser les broyats issus des campagnes d'arrachages de *B. halimifolia* en panneaux biosourcés et biodégradables d'usage non-structurels. Dans le cadre d'un projet collaboratif, réalisé dans l'équipe Polymères, Composites et Hybrides (PCH), il a été possible de mettre au point un procédé expérimental permettant de fabriquer des panneaux de *B. halimifolia* en utilisant un liant biosourcé. Trois granulométries de broyats ont été thermo-compressées avec ce liant puis soumis à des essais de flexion 3 points pour évaluer leurs performances mécaniques. En complément, la qualité de l'interface fibre-liant a été évaluée par microscopie électronique à balayage. L'objectif est de mettre en lien les observations faites à l'échelle microstructurale et les résultats obtenus en essais mécaniques.

## Matériel et méthodes

### Caractérisation anatomique de B. Halimifolia

Un échantillon de *B. Halimifolia* a été arraché sur les sites des marais de Meyrannes. Sur cet individu ont été prélevés plusieurs coupes anatomiques correspondant à 3 niveaux d'unités de croissances différentes (structure mise en place par la tige au cours d'une période d'allongement ininterrompue).

Les échantillons sont donc : 3 coupes anatomiques à UCn ; 3 coupes anatomiques à UCn-1 ; 3 coupes anatomiques à UCn-2 ou plus anciennes ; 3 coupes anatomiques de racines ; 3 coupes anatomiques de feuille.

Les coupes sont colorées au bleu de toluidine puis placées sur un montage entre lame et lamelle de verre afin d'être observées au microscope optique en lumière blanche, puis au microscope optique / numérique en lumière blanche. Les photographies sont prises numériquement depuis un poste informatique relié au microscope optique / numérique Olympus du département de biologie de l'université de Montpellier.

### Préparation des fractions de broyats

Les fractions de broyats réceptionnées au laboratoire sont issues d'un broyeur agricole. Ces dernières sont à nouveaux broyées au calibre 8 mm puis tamisées selon trois mélanges granulométriques :

<footnote n="1">¹Polymères, Composites et Hybrides (PCH), IMT Mines Alès, Alès</footnote>

<footnote n="2">²Master Science du Bois, Université des Sciences de Montpellier</footnote>

<footnote n="3">³Ateliers LUMA, Arles</footnote>

<footnote>gael.bertrand@etu.umontpellier.fr</footnote>
- Mélange 1 : 0,5 mm < x < 4 mm ;

- Mélange 2 : 0,5 mm < x < 2 mm ;

- Mélange 3 : 2 mm < x < 4 mm.

## Préparation du liant

Pour chaque panneau, 84,4 grammes de liant sont mélangés à 477,8 grammes d'eau distillée dans un réacteur (1) à température ambiante. Ce mélange est ensuite placé dans un bain d'huile (2) puis chauffé avec un agitateur chauffant (3) jusqu'à 85°C (4) et jusqu'à épaississement (Fig. 1).

## Fabrication des panneaux

Le processus de fabrication des panneaux (Fig. 2) se fait en 4 grandes étapes. L'encollage consiste à mélanger manuellement les fractions broyées de *B. halimifolia* avec le liant humide. Une fois encollé, le mélange est placé en étuve pendant 16 heures (une nuit) à 55°C. Lorsqu'il est sec, le mélange est placé dans un moule usiné en 30 cm x 30 cm x 1 cm. Enfin, un contre moule de 29.5 cm x 29.5 cm x 0,33 cm vient s'intégrer au moule pour obtenir un panneau d'une épaisseur finale de 0,67 cm après l'étape de thermocompression.

<figure><img src="image_177.png" /><figcaption>Fig. 1 : Montage sous sorbonne nécessaire à la préparation de la colle végétale. Un réacteur est chauffé dans un bain d'huile à l'aide d'un agitateur chauffant.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_178.png" /><figcaption>Fig. 2 : Processus de fabrication d'un panneau de *Baccharis halimifolia* depuis la phase d'encollage des fractions jusqu'à la thermocompression.</figcaption></figure>

Le programme retenu pour la confection des panneaux de *B. halimifolia* (Tab. 1) est le suivant :

- **Palier 1** : 5 minutes de chauffe à une pression de 25 KN à 130°C ;

- **Palier 2** : 10 minutes de pression à 500 KN à 130°C ;

- **Palier 3** : 10 minutes de pression à 500 KN en refroidissement à 70°C ;

- **Palier 4** : 2 minutes de refroidissement à 25 KN à 70°C.

<table><caption>Tab. 1 : Nomenclature des panneaux de fractions de baccharis.</caption><thead><tr><td>Panneau</td><td>Mélange</td><td>Granulométrie</td><td>Paramètre étudié</td><td>Méthode</td></tr></thead><tbody><tr><td>GR-AB-1</td><td rowspan="2">Mélange 1</td><td>0,5 mm à 2 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-2</td><td>0,5 mm à 2 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-3</td><td rowspan="2">Mélange 2</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-4</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-5</td><td rowspan="2">Mélange 3</td><td>2 mm à 4 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-6</td><td>2 mm à 4 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>SE-AB-1</td><td>-</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>Fabrication sans étuve</td><td>Flexion 3 points</td></tr></tbody></table>

Seuls les panneaux en **gras** servent à déterminer la granulométrie optimale par essais de flexion 3 points.
- Mélange 1 : 0,5 mm < x < 4 mm ;

- Mélange 2 : 0,5 mm < x < 2 mm ;

- Mélange 3 : 2 mm < x < 4 mm.

## Préparation du liant

Pour chaque panneau, 84,4 grammes de liant sont mélangés à 477,8 grammes d'eau distillée dans un réacteur (1) à température ambiante. Ce mélange est ensuite placé dans un bain d'huile (2) puis chauffé avec un agitateur chauffant (3) jusqu'à 85°C (4) et jusqu'à épaississement (Fig. 1).

## Fabrication des panneaux

Le processus de fabrication des panneaux (Fig. 2) se fait en 4 grandes étapes. L'encollage consiste à mélanger manuellement les fractions broyées de *B. halimifolia* avec le liant humide. Une fois encollé, le mélange est placé en étuve pendant 16 heures (une nuit) à 55°C. Lorsqu'il est sec, le mélange est placé dans un moule usiné en 30 cm x 30 cm x 1 cm. Enfin, un contre moule de 29.5 cm x 29.5 cm x 0,33 cm vient s'intégrer au moule pour obtenir un panneau d'une épaisseur finale de 0,67 cm après l'étape de thermocompression.

<figure><img src="image_178.png" /><figcaption>Fig. 1 : Montage sous sorbonne nécessaire à la préparation de la colle végétale. Un réacteur est chauffé dans un bain d'huile à l'aide d'un agitateur chauffant.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_179.png" /><figcaption>Fig. 2 : Processus de fabrication d'un panneau de *Baccharis halimifolia* depuis la phase d'encollage des fractions jusqu'à la thermocompression.</figcaption></figure>

Le programme retenu pour la confection des panneaux de *B. halimifolia* (Tab. 1) est le suivant :

- **Palier 1** : 5 minutes de chauffe à une pression de 25 KN à 130°C ;

- **Palier 2** : 10 minutes de pression à 500 KN à 130°C ;

- **Palier 3** : 10 minutes de pression à 500 KN en refroidissement à 70°C ;

- **Palier 4** : 2 minutes de refroidissement à 25 KN à 70°C.

<table><caption>Tab. 1 : Nomenclature des panneaux de fractions de baccharis.</caption><thead><tr><td>Panneau</td><td>Mélange</td><td>Granulométrie</td><td>Paramètre étudié</td><td>Méthode</td></tr></thead><tbody><tr><td>GR-AB-1</td><td rowspan="2">Mélange 1</td><td>0,5 mm à 2 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-2</td><td>0,5 mm à 2 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-3</td><td rowspan="2">Mélange 2</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-4</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-5</td><td rowspan="2">Mélange 3</td><td>2 mm à 4 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>GR-AB-6</td><td>2 mm à 4 mm</td><td>Granulométrie</td><td>Flexion 3 points</td></tr><tr><td>SE-AB-1</td><td>-</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>Fabrication sans étuve</td><td>Flexion 3 points</td></tr></tbody></table>

Seuls les panneaux en **gras** servent à déterminer la granulométrie optimale par essais de flexion 3 points.
Un suivi du taux d'humidité des fractions encollées est également réalisé au cours de l'étuvage. Chaque heure, environ 15g de fractions sont prélevées d'un mélange en séchage à l'étuve à 50°C puis leur teneur en eau est évalué à l'aide d'une balance infrarouge.

## Fabrication du panneau sans temps d'étuve

Un panneau est fabriqué selon un protocole différent ; une poudre sèche est intégrée aux fractions de bois avec de l'eau. La quantité d'eau ajoutée correspond à une estimation du taux d'humidité présent dans les mélanges 1, 2 ou 3 après 13 heures d'étuve à 50°C. Ce panneau est moulé puis thermo compressé dans les minutes qui suivent l'encollage selon le même protocole et le même programme que pour les autres mélanges.

## Caractérisation mécanique des panneaux

Afin de procéder à une caractérisation mécanique en flexion 3 points, le protocole qui est suivi est décrit par la norme NF EN 310 de juin 1993. Le banc de flexion qui est utilisé est un Zwick Roell. Cet essai permet de déterminer le module d'élasticité en flexion 3 points (noté $E_m$) et la résistance à la flexion (notée $f_m$). Les panneaux sont découpés sous forme d'éprouvettes dont les dimensions sont explicitées dans la norme NF EN 310. Les mesures sont : 6,7 mm (épaisseur), 40 mm (largeur), 184 mm (longueur).

## Observation au microscope électronique à balayage des interfaces liant / fractions

Des échantillons de panneaux d'environ 5mm³ sont prélevés dans la zone de rupture suite aux essais mécaniques, puis placés dans la chambre sous vide du MEB. L'observation de ces interfaces peut permettre d'observer la qualité de la cohésion entre le liant et les broyats de *B. halimifolia*.

## Résultats et discussion

### Caractérisation anatomique de B. halimifolia

Sur l'échantillon UCn-1 (Fig. 3), les parenchymes de rayons sont visibles (3), ils peuvent varier entre unisérié (une seule cellule) et multisériés (jusqu'à 10 cellules). Du parenchyme paratrachéal est présent aux côtés des éléments de vaisseaux à disposition flammée. Ici, un troisième cerne est en formation (4).

<figure><img src="image_179.png" /><figcaption>Fig. 3 : Coupe anatomique du bois seul de B. halimifolia à UCn-1. Cette coupe permet d'observer de larges rayons ainsi que la porosité du bois de B. halimifolia.</figcaption></figure>

Des cristaux de sels ont été observés sur les feuilles de *B. halimifolia*. En effet *B. halimifolia* est une espèce halophyte facultative qui peut se développer sur des sols littoraux avec de forts taux de salinité, jusqu'à 33 g/l mais peut également pousser sur des sols à très faible taux de salinité (Fried et al. 2016). De plus, la présence de stomates traduit une capacité forte à gérer l'évapotranspiration par les feuilles et ainsi réagir au déficit hydrique auquel il peut être
Un suivi du taux d'humidité des fractions encollées est également réalisé au cours de l'étuvage. Chaque heure, environ 15g de fractions sont prélevées d'un mélange en séchage à l'étuve à 50°C puis leur teneur en eau est évalué à l'aide d'une balance infrarouge.

## Fabrication du panneau sans temps d'étuve

Un panneau est fabriqué selon un protocole différent ; une poudre sèche est intégrée aux fractions de bois avec de l'eau. La quantité d'eau ajoutée correspond à une estimation du taux d'humidité présent dans les mélanges 1, 2 ou 3 après 13 heures d'étuve à 50°C. Ce panneau est moulé puis thermo compressé dans les minutes qui suivent l'encollage selon le même protocole et le même programme que pour les autres mélanges.

## Caractérisation mécanique des panneaux

Afin de procéder à une caractérisation mécanique en flexion 3 points, le protocole qui est suivi est décrit par la norme NF EN 310 de juin 1993. Le banc de flexion qui est utilisé est un Zwick Roell. Cet essai permet de déterminer le module d'élasticité en flexion 3 points (noté $E_m$) et la résistance à la flexion (notée $f_m$). Les panneaux sont découpés sous forme d'éprouvettes dont les dimensions sont explicitées dans la norme NF EN 310. Les mesures sont : 6,7 mm (épaisseur), 40 mm (largeur), 184 mm (longueur).

## Observation au microscope électronique à balayage des interfaces liant / fractions

Des échantillons de panneaux d'environ 5mm³ sont prélevés dans la zone de rupture suite aux essais mécaniques, puis placés dans la chambre sous vide du MEB. L'observation de ces interfaces peut permettre d'observer la qualité de la cohésion entre le liant et les broyats de *B. halimifolia*.

## Résultats et discussion

### Caractérisation anatomique de B. halimifolia

Sur l'échantillon UCn-1 (Fig. 3), les parenchymes de rayons sont visibles (3), ils peuvent varier entre unisérié (une seule cellule) et multisériés (jusqu'à 10 cellules). Du parenchyme paratrachéal est présent aux côtés des éléments de vaisseaux à disposition flammée. Ici, un troisième cerne est en formation (4).

<figure><img src="image_180.png" /><figcaption>Fig. 3 : Coupe anatomique du bois seul de B. halimifolia à UCn-1. Cette coupe permet d'observer de larges rayons ainsi que la porosité du bois de B. halimifolia.</figcaption></figure>

Des cristaux de sels ont été observés sur les feuilles de *B. halimifolia*. En effet *B. halimifolia* est une espèce halophyte facultative qui peut se développer sur des sols littoraux avec de forts taux de salinité, jusqu'à 33 g/l mais peut également pousser sur des sols à très faible taux de salinité (Fried et al. 2016). De plus, la présence de stomates traduit une capacité forte à gérer l'évapotranspiration par les feuilles et ainsi réagir au déficit hydrique auquel il peut être
confronté. Ces adaptations font de *B. halimifolia* une plante invasive avec un très fort potentiel de développement sur les littoraux et sur les parcelles côtières chaudes et tempérées.

## Préparation des fractions de broyats

La préparation des fractions de *B. halimifolia* détermine la granulométrie des panneaux. De plus, la présence de fractions fines (0,5 mm à 2 mm) dans le mélange granulométrique peut favoriser la cohésion du panneau via l'interface liant / fraction. Ces petites particules peuvent prendre place entre les plus grandes et renforcer la compacité et la rigidité du panneau obtenu.

## Fabrication des panneaux

La Fig. 4 montre l'évolution du taux d'humidité du mélange liant / fractions sur 24 heures à 50°C. Ce suivi a permis de déterminer que le taux d'humidité idéal du mélange pré-thermocompression est de 5 % à 20 % (Facteur 4 dû à l'imprécision de la mesure ; certaines particules sont encore très humides, d'autres très sèche après 12 heures en étuve).

<figure><img src="image_180.png" /><figcaption>Fig. 4 : Suivi de l'évolution du taux d'humidité du mélange liant / fractions sur 24 heures à 50°C.</figcaption></figure>

Le programme de thermopressage qui a été mis au point pour cette étude semble être très bien adapté au produit fabriqué (Fig. 5). Cependant il ne reproduit pas fidèlement un procédé industriel en semi-continu ou continu qui nécessiterait des optimisations vis-à-vis du mélangeage lors de l'encollage et du cycle de séchage.

<figure><img src="image_181.png" /><figcaption>Fig. 5 : (gauche) Utilisation d'un moule usiné permettant l'évacuation du surplus de vapeur pendant la phase de thermocompression. (droite) Panneau GR-AB-3 obtenu de granulométrie 0,5 mm à 4 mm.</figcaption></figure>

## Caractérisation mécanique des panneaux

Cette expérimentation a permis d'éliminer la granulométrie 2 mm à 4 mm (GR-AB-5 et GR-AB-6 issue du mélange 3, qui n'apparaît pas sur le Tab. 2) car il n'a pas été possible de la découper, les échantillons étant trop peu cohésifs impliquant un arrachage des fibres de plus grandes dimensions par la lame de scie circulaire.
confronté. Ces adaptations font de *B. halimifolia* une plante invasive avec un très fort potentiel de développement sur les littoraux et sur les parcelles côtières chaudes et tempérées.

## Préparation des fractions de broyats

La préparation des fractions de *B. halimifolia* détermine la granulométrie des panneaux. De plus, la présence de fractions fines (0,5 mm à 2 mm) dans le mélange granulométrique peut favoriser la cohésion du panneau via l'interface liant / fraction. Ces petites particules peuvent prendre place entre les plus grandes et renforcer la compacité et la rigidité du panneau obtenu.

## Fabrication des panneaux

La Fig. 4 montre l'évolution du taux d'humidité du mélange liant / fractions sur 24 heures à 50°C. Ce suivi a permis de déterminer que le taux d'humidité idéal du mélange pré-thermocompression est de 5 % à 20 % (Facteur 4 dû à l'imprécision de la mesure ; certaines particules sont encore très humides, d'autres très sèche après 12 heures en étuve).

<figure><img src="image_181.png" /><figcaption>Fig. 4 : Suivi de l'évolution du taux d'humidité du mélange liant / fractions sur 24 heures à 50°C.</figcaption></figure>

Le programme de thermopressage qui a été mis au point pour cette étude semble être très bien adapté au produit fabriqué (Fig. 5). Cependant il ne reproduit pas fidèlement un procédé industriel en semi-continu ou continu qui nécessiterait des optimisations vis-à-vis du mélangeage lors de l'encollage et du cycle de séchage.

<figure><img src="image_182.png" /><figcaption>Fig. 5 : (gauche) Utilisation d'un moule usiné permettant l'évacuation du surplus de vapeur pendant la phase de thermocompression. (droite) Panneau GR-AB-3 obtenu de granulométrie 0,5 mm à 4 mm.</figcaption></figure>

## Caractérisation mécanique des panneaux

Cette expérimentation a permis d'éliminer la granulométrie 2 mm à 4 mm (GR-AB-5 et GR-AB-6 issue du mélange 3, qui n'apparaît pas sur le Tab. 2) car il n'a pas été possible de la découper, les échantillons étant trop peu cohésifs impliquant un arrachage des fibres de plus grandes dimensions par la lame de scie circulaire.
D'après les résultats obtenus, le panneau GR-AB-2 est pourvu du meilleur module d'élasticité, 917,8 MPa, tandis que le panneau GR-AB-4 affiche la meilleure résistance à la flexion, 8 MPa. Cependant, il faut noter qu'aucune de ces valeurs n'est suffisante pour souscrire à l'exigence de la norme NF EN 310, soit 10,5 MPa pour les panneaux de particules de cette gamme d'épaisseur.

<table><caption>Tab. 2 : Récapitulatif des essais de flexion 3 points pour l'étude granulométrique.</caption><thead><tr><th colspan="5">Granulométrie</th></tr><tr><th>Éprouvette (panneau entier)</th><th>Mélange</th><th>Granulométrie</th><th>Masse volumique du panneau ρ (kg.m<sup>-3</sup>)</th><th>Module d'élasticité E<sub>m</sub> (Mpa)</th><th>Résistance à la flexion f<sub>m</sub> (Mpa)</th></tr></thead><tbody><tr><td>GR-AB-1</td><td rowspan="2">1</td><td>0,5 mm à 2 mm</td><td>1015,8 ± 42,7</td><td>803,9 ± 129,1</td><td>6,2 ± 1,1</td></tr><tr><td>GR-AB-2</td><td>0,5 mm à 2 mm</td><td>1053,7 ± 51,5</td><td>917,8 ± 138,6</td><td>6,5 ± 0,2</td></tr><tr><td>GR-AB-3</td><td rowspan="2">2</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>1035,1 ± 40,9</td><td>791,9 ± 49,1</td><td>7,3 ± 0,4</td></tr><tr><td>GR-AB-4</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>1027,1 ± 22,8</td><td>850,3 ± 118,8</td><td>8 ± 1</td></tr><tr><td colspan="2">Moyenne</td><td></td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td colspan="2">Norme EN 312 P2</td><td>UF 10 %</td><td>670 ± 25</td><td>1800</td><td>11</td><td>2,68</td></tr></tbody></table>

Les valeurs de module d'élasticité et de résistance à la flexion sont issues des moyennes obtenues pour chaque éprouvette testée (4 par panneau).

Les résultats obtenus pour le panneau sans étuvage préalable du liant, SE-AB-1, affichent des valeurs de module d'élasticité inférieures aux panneaux testés pour l'étude résumée dans le Tab. 3. La masse volumique est aussi plus faible mais reste acceptable vis-à-vis de la valeur exigée par la norme. Cette méthode de fabrication, bien qu'elle permette un gain de temps considérable, ne doit pas être priorisée.

<table><caption>Tab. 3 : Récapitulatif des essais de flexion 3 points pour l'étude mécanique comparative entre les panneaux fabriqués à partir de mélange fraction / liant étuvé, et les panneaux fabriqués à partir de mélange non étuvé.</caption><thead><tr><th colspan="5">Sans étuve</th></tr><tr><th>Éprouvette (lamelle extrait de panneau)</th><th>Granulométrie</th><th>Masse volumique du panneau ρ (kg.m<sup>-3</sup>)</th><th>Module d'élasticité E<sub>m</sub> (Mpa)</th><th>Résistance à la flexion f<sub>m</sub> (Mpa)</th><th>Module spécifique (Mpa.m<sup>3</sup>/kg)</th></tr></thead><tbody><tr><td>SE-AB-1-1</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td></td><td>452</td><td>4,9</td><td>0,6</td></tr><tr><td>SE-AB-1-2</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>746 ± 29</td><td>447</td><td>4,1</td><td>0,6</td></tr><tr><td>SE-AB-1-3</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td></td><td>429</td><td>4,7</td><td>0,6</td></tr><tr><td>SE-AB-1-4</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td></td><td>293</td><td>2,7</td><td>0,4</td></tr><tr><td colspan="2">Moyenne (du panneau)</td><td>746 ± 29</td><td>405 ± 75</td><td>4,1 ± 1</td><td>0,5 ± 0,1</td></tr><tr><td colspan="2">Norme EN 312 P2</td><td>670 ± 25</td><td>1800</td><td>11</td><td>2,68</td></tr></tbody></table>

*Observation au microscope électronique à balayage des interfaces liant / fractions*

Les observations au MEB (Fig. 6) sont à mettre en lien avec les résultats obtenus lors de l'étude mécanique. En effet, l'étude des interfaces liant / fractions tendent à confirmer que l'enrobage des particules de bois de *B. halimifolia* est moins efficace pour la méthode sans chauffage préalable du liant ni étuvage du mélange fractions / liant (méthode 2) que pour la méthode avec étuve (méthode 1). Ces résultats montrent que la qualité de l'enrobage (épaisseur, distribution) lors de l'étape d'encollage des fractions avec le liant influence de façon significative les performances mécaniques des panneaux de *B. halimifolia*.

## Conclusion et perspectives

Les résultats obtenus à ce stade de l'étude montrent que les broyats de *B. halimifolia* peuvent être valorisés pour une utilisation en panneaux non-structurels. Les performances mécaniques des panneaux obtenus avec un liant biosourcé montrent des performances proches des panneaux
D'après les résultats obtenus, le panneau GR-AB-2 est pourvu du meilleur module d'élasticité, 917,8 MPa, tandis que le panneau GR-AB-4 affiche la meilleure résistance à la flexion, 8 MPa. Cependant, il faut noter qu'aucune de ces valeurs n'est suffisante pour souscrire à l'exigence de la norme NF EN 310, soit 10,5 MPa pour les panneaux de particules de cette gamme d'épaisseur.

<table><caption>Tab. 2 : Récapitulatif des essais de flexion 3 points pour l'étude granulométrique.</caption><thead><tr><th colspan="5">Granulométrie</th></tr><tr><th>Éprouvette (panneau entier)</th><th>Mélange</th><th>Granulométrie</th><th>Masse volumique du panneau ρ (kg.m<sup>-3</sup>)</th><th>Module d'élasticité E<sub>m</sub> (Mpa)</th><th>Résistance à la flexion f<sub>m</sub> (Mpa)</th></tr></thead><tbody><tr><td>GR-AB-1</td><td rowspan="2">1</td><td>0,5 mm à 2 mm</td><td>1015,8 ± 42,7</td><td>803,9 ± 129,1</td><td>6,2 ± 1,1</td></tr><tr><td>GR-AB-2</td><td>0,5 mm à 2 mm</td><td>1053,7 ± 51,5</td><td>917,8 ± 138,6</td><td>6,5 ± 0,2</td></tr><tr><td>GR-AB-3</td><td rowspan="2">2</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>1035,1 ± 40,9</td><td>791,9 ± 49,1</td><td>7,3 ± 0,4</td></tr><tr><td>GR-AB-4</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>1027,1 ± 22,8</td><td>850,3 ± 118,8</td><td>8 ± 1</td></tr><tr><td colspan="2">Moyenne</td><td></td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td colspan="2">Norme EN 312 P2</td><td>UF 10 %</td><td>670 ± 25</td><td>1800</td><td>11</td><td>2,68</td></tr></tbody></table>

Les valeurs de module d'élasticité et de résistance à la flexion sont issues des moyennes obtenues pour chaque éprouvette testée (4 par panneau).

Les résultats obtenus pour le panneau sans étuvage préalable du liant, SE-AB-1, affichent des valeurs de module d'élasticité inférieures aux panneaux testés pour l'étude résumée dans le Tab. 3. La masse volumique est aussi plus faible mais reste acceptable vis-à-vis de la valeur exigée par la norme. Cette méthode de fabrication, bien qu'elle permette un gain de temps considérable, ne doit pas être priorisée.

<table><caption>Tab. 3 : Récapitulatif des essais de flexion 3 points pour l'étude mécanique comparative entre les panneaux fabriqués à partir de mélange fraction / liant étuvé, et les panneaux fabriqués à partir de mélange non étuvé.</caption><thead><tr><th colspan="5">Sans étuve</th></tr><tr><th>Éprouvette (lamelle extrait de panneau)</th><th>Granulométrie</th><th>Masse volumique du panneau ρ (kg.m<sup>-3</sup>)</th><th>Module d'élasticité E<sub>m</sub> (Mpa)</th><th>Résistance à la flexion f<sub>m</sub> (Mpa)</th><th>Module spécifique (Mpa.m<sup>3</sup>/kg)</th></tr></thead><tbody><tr><td>SE-AB-1-1</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td></td><td>452</td><td>4,9</td><td>0,6</td></tr><tr><td>SE-AB-1-2</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td>746 ± 29</td><td>447</td><td>4,1</td><td>0,6</td></tr><tr><td>SE-AB-1-3</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td></td><td>429</td><td>4,7</td><td>0,6</td></tr><tr><td>SE-AB-1-4</td><td>0,5 mm à 4 mm</td><td></td><td>293</td><td>2,7</td><td>0,4</td></tr><tr><td colspan="2">Moyenne (du panneau)</td><td>746 ± 29</td><td>405 ± 75</td><td>4,1 ± 1</td><td>0,5 ± 0,1</td></tr><tr><td colspan="2">Norme EN 312 P2</td><td>670 ± 25</td><td>1800</td><td>11</td><td>2,68</td></tr></tbody></table>

*Observation au microscope électronique à balayage des interfaces liant / fractions*

Les observations au MEB (Fig. 6) sont à mettre en lien avec les résultats obtenus lors de l'étude mécanique. En effet, l'étude des interfaces liant / fractions tendent à confirmer que l'enrobage des particules de bois de *B. halimifolia* est moins efficace pour la méthode sans chauffage préalable du liant ni étuvage du mélange fractions / liant (méthode 2) que pour la méthode avec étuve (méthode 1). Ces résultats montrent que la qualité de l'enrobage (épaisseur, distribution) lors de l'étape d'encollage des fractions avec le liant influence de façon significative les performances mécaniques des panneaux de *B. halimifolia*.

## Conclusion et perspectives

Les résultats obtenus à ce stade de l'étude montrent que les broyats de *B. halimifolia* peuvent être valorisés pour une utilisation en panneaux non-structurels. Les performances mécaniques des panneaux obtenus avec un liant biosourcé montrent des performances proches des panneaux
de particules bois du marché. Cependant, l'utilisation d'un liant biosourcé ne doit pas compromettre les performances mécaniques du composite obtenu à moyen terme, nécessitant de poursuivre ces travaux pour évaluer leur durabilité en usage. De plus, il serait intéressant d'analyser l'impact potentiel de la teneur en sel du matériel végétal sur le phénomène de séchage/collage ainsi que l'impact sur la durabilité du panneau.

<figure><img src="image_182.png" /></figure>

Fig. 6 : Photographies prises au MEB des échantillons de panneaux de *Baccharis*. A gauche, l'échantillon est issu d'un panneau fabriqué avec une poudre intégrée aux fractions de bois avec de l'eau. A droite, l'échantillon est issu du panneau GR-AB-2 fabriqué pour l'étude granulométrique avec un liant sous forme de solution visqueuse, puis enrobé et séché. Le mélange est placé en étuve et thermo-compressé à un taux d'humidité théorique compris entre 5 % et 20 %.

## Remerciements

Je remercie particulièrement Clément Lacoste pour sa patience, ses remarques, ses aiguillages et nos discussions toujours instructives et bienveillantes. Nicolas Le Moigne pour ses indications pertinentes, censées, toujours cohérentes et constructives. Anne-Claire Hostequin pour son dévouement envers ce projet, sa curiosité, sa créativité, ses conseils et sa disponibilité. Arnaud Magnin pour son approche technique, ses réflexions et son engagement dans le projet.

Je tiens à remercier le laboratoire d'excellence de l'université de Montpellier, LabEx NUMEV de soutenir financièrement les ambitions pédagogiques du master sciences du bois notamment sur les déplacements évènementiels tels que le GDR.

Enfin, merci à Sandrine Bardet pour son accompagnement et son énergie mise au service du Master Science du Bois.

## Références

Fried G., Cano L., Brunel S., Charpentier A. (2016) Monographs on Invasive Plants in Europe : *Baccharis halimifolia* L. Acta botanica Gallica : bulletin de la Société botanique de France 29. https://doi.org/10.1080/23818107.2016.1168315
de particules bois du marché. Cependant, l'utilisation d'un liant biosourcé ne doit pas compromettre les performances mécaniques du composite obtenu à moyen terme, nécessitant de poursuivre ces travaux pour évaluer leur durabilité en usage. De plus, il serait intéressant d'analyser l'impact potentiel de la teneur en sel du matériel végétal sur le phénomène de séchage/collage ainsi que l'impact sur la durabilité du panneau.

<figure><img src="image_183.png" /></figure>

Fig. 6 : Photographies prises au MEB des échantillons de panneaux de *Baccharis*. A gauche, l'échantillon est issu d'un panneau fabriqué avec une poudre intégrée aux fractions de bois avec de l'eau. A droite, l'échantillon est issu du panneau GR-AB-2 fabriqué pour l'étude granulométrique avec un liant sous forme de solution visqueuse, puis enrobé et séché. Le mélange est placé en étuve et thermo-compressé à un taux d'humidité théorique compris entre 5 % et 20 %.

## Remerciements

Je remercie particulièrement Clément Lacoste pour sa patience, ses remarques, ses aiguillages et nos discussions toujours instructives et bienveillantes. Nicolas Le Moigne pour ses indications pertinentes, censées, toujours cohérentes et constructives. Anne-Claire Hostequin pour son dévouement envers ce projet, sa curiosité, sa créativité, ses conseils et sa disponibilité. Arnaud Magnin pour son approche technique, ses réflexions et son engagement dans le projet.

Je tiens à remercier le laboratoire d'excellence de l'université de Montpellier, LabEx NUMEV de soutenir financièrement les ambitions pédagogiques du master sciences du bois notamment sur les déplacements évènementiels tels que le GDR.

Enfin, merci à Sandrine Bardet pour son accompagnement et son énergie mise au service du Master Science du Bois.

## Références

Fried G., Cano L., Brunel S., Charpentier A. (2016) Monographs on Invasive Plants in Europe : *Baccharis halimifolia* L. Acta botanica Gallica : bulletin de la Société botanique de France 29. https://doi.org/10.1080/23818107.2016.1168315
# Etude du comportement mécanique du bois en compression en fonction de la température et l'humidité : application aux sections résiduelles d'éléments en bois soumis à des incendies

DAHER Hussein¹,², CARE Sabine¹, FORET Gilles¹, PAYET Loïc²

¹Laboratoire Navier, Université Gustave Eiffel, ENPC, CNRS (UMR 8205),
F-77455 Marne-la-Valée, France

²CSTB, 84 Avenue Jean Jaurès, 77420 Champs-sur-Marne, France
hussein.daher@enpc.fr, loic.payet@cstb.fr

**Mots clefs** : Bois ; Température ; Humidité ; Eurocode 5 ; Compression axiale ; Module d'Young

## Contexte et objectifs

Ces dernières années, des bâtiments en bois, allant du simple rez-de-chaussée aux Immeubles de Grandes Hauteurs (IGH), ont été construits dans le monde entier afin de favoriser des constructions à faible empreinte carbone et l'utilisation des ressources forestières. La prévision de la résistance au feu des éléments en bois soumis à des incendies a gagné en importance pour améliorer la crédibilité des bâtiments en bois en cas de feu et afin de concevoir des structures appropriées.

L'enjeu actuel est de mieux comprendre quelles sont les propriétés résiduelles dans les sections des éléments de structure en bois non carbonisées qui peuvent être soumises à des températures jusqu'à 100°C-150°C. En ce qui concerne les paramètres qui affectent les propriétés mécaniques des éléments en bois exposés à la chaleur du feu, la température n'est pas la seule variable importante, la teneur en eau l'est également. En effet, selon la littérature, la teneur en eau dans la section résiduelle (section non carbonisée) peut être variable car il existe des processus complexes comme la vaporisation, le transfert et la condensation de l'eau (Gerhards 1982, White 1981, Woodhandbook 1987).

Selon l'approche proposée dans l'Eurocode 5 (EN 1995-1-2:2005), la résistance en compression à 100°C est inférieure de 25% à celle à 20°C, mais la teneur en eau dans le bois n'est pas précisée. Des essais préliminaires menés en 2020 au CSTB (Manthey 2020) ont montré pour la plage de température 20-100°C qu'au-delà de la température, la résistance en compression était surtout affectée par la teneur en eau du bois. A 100°C, la résistance en compression, après stabilisation de la masse, est presque identique à la résistance initiale à 20°C. Elle est d'environ 60% de la résistance initiale pour une éprouvette avec une teneur en eau d'environ 10%.

Le comportement thermo-hydro-mécanique du bois est donc complexe et dépend de nombreux facteurs tels que l'essence de bois, le type de bois (bois massif ou reconstitué), la teneur en eau, la température et les contraintes mécaniques auxquelles il est soumis. Le présent travail étudie l'évolution des propriétés mécaniques du bois (résistance en compression et module d'Young longitudinal) en fonction de la température et de l'humidité afin de mieux comprendre le comportement du bois, pour une bonne utilisation du bois dans les ouvrages qui peuvent être soumis à des incendies.
# Etude du comportement mécanique du bois en compression en fonction de la température et l'humidité : application aux sections résiduelles d'éléments en bois soumis à des incendies

DAHER Hussein¹,², CARE Sabine¹, FORET Gilles¹, PAYET Loïc²

¹Laboratoire Navier, Université Gustave Eiffel, ENPC, CNRS (UMR 8205),
F-77455 Marne-la-Valée, France

²CSTB, 84 Avenue Jean Jaurès, 77420 Champs-sur-Marne, France
hussein.daher@enpc.fr, loic.payet@cstb.fr

**Mots clefs** : Bois ; Température ; Humidité ; Eurocode 5 ; Compression axiale ; Module d'Young

## Contexte et objectifs

Ces dernières années, des bâtiments en bois, allant du simple rez-de-chaussée aux Immeubles de Grandes Hauteurs (IGH), ont été construits dans le monde entier afin de favoriser des constructions à faible empreinte carbone et l'utilisation des ressources forestières. La prévision de la résistance au feu des éléments en bois soumis à des incendies a gagné en importance pour améliorer la crédibilité des bâtiments en bois en cas de feu et afin de concevoir des structures appropriées.

L'enjeu actuel est de mieux comprendre quelles sont les propriétés résiduelles dans les sections des éléments de structure en bois non carbonisées qui peuvent être soumises à des températures jusqu'à 100°C-150°C. En ce qui concerne les paramètres qui affectent les propriétés mécaniques des éléments en bois exposés à la chaleur du feu, la température n'est pas la seule variable importante, la teneur en eau l'est également. En effet, selon la littérature, la teneur en eau dans la section résiduelle (section non carbonisée) peut être variable car il existe des processus complexes comme la vaporisation, le transfert et la condensation de l'eau (Gerhards 1982, White 1981, Woodhandbook 1987).

Selon l'approche proposée dans l'Eurocode 5 (EN 1995-1-2:2005), la résistance en compression à 100°C est inférieure de 25% à celle à 20°C, mais la teneur en eau dans le bois n'est pas précisée. Des essais préliminaires menés en 2020 au CSTB (Manthey 2020) ont montré pour la plage de température 20-100°C qu'au-delà de la température, la résistance en compression était surtout affectée par la teneur en eau du bois. A 100°C, la résistance en compression, après stabilisation de la masse, est presque identique à la résistance initiale à 20°C. Elle est d'environ 60% de la résistance initiale pour une éprouvette avec une teneur en eau d'environ 10%.

Le comportement thermo-hydro-mécanique du bois est donc complexe et dépend de nombreux facteurs tels que l'essence de bois, le type de bois (bois massif ou reconstitué), la teneur en eau, la température et les contraintes mécaniques auxquelles il est soumis. Le présent travail étudie l'évolution des propriétés mécaniques du bois (résistance en compression et module d'Young longitudinal) en fonction de la température et de l'humidité afin de mieux comprendre le comportement du bois, pour une bonne utilisation du bois dans les ouvrages qui peuvent être soumis à des incendies.