**Inhibition of fungal growth by extracts.** Fractions extracted with dichloromethane had lower antifungal properties as demonstrated by the weak inhibition of fungal development (Fig 5). Acetone, toluene/ethanol and water extracts presented significant antifungal properties. Growth of brown rot fungi began only on the sixth day with R. placenta and on the eighth day for *C. puteana* at 500 ppm concentrations. The higher concentrations (1000 ppm) completely inhibited mycelial growth. *P. sanguineus* did not start growing until the fifth day at 500 ppm and the sixth day at 1000 ppm. *T. versicolor* growth at 500 ppm and 1000 ppm started on the third day. Acetone, toluene/ethanol and aqueous fractions inhibited growth of the brown rot fungi more than the white rot fungi. Oxidizing enzymes such as laccases and peroxidases excreted by white rot fungi may be capable of degrading phenolic compounds such as extractive substances.

<figure><img src="image_56.png" /><figcaption>Fig 5. Activity of extracts on the growth of the different fungi:
(a) *Rhodonia placenta*; (b) *Coniophora puteana*; (c) *Trametes versicolor*; (d) *Pycnoporus sanguineus*.</figcaption></figure>

**Conclusions**

The effect of extractives on the natural durability of *C. edulis* baill was studied in Petri dishes on extracts free or not heartwood blocks exposed to different brown rot and white rot fungi. Mass losses recorded on the extracted blocks were much greater than those measured on the non-extracted blocks indicating clearly the effect of extractives on wood natural durability. With mass losses lower than 2% after 16 weeks exposure to the fungi, this species can be classify as “very durable”, allowing to design utilisation as construction wood for indoors or outdoors applications by local populations as an alternative to wood shortage in Gabon. Growth inhibition tests have shown that at concentrations above 500 ppm, most of the extracts presented an important fungistatic effect on the growth of white rot and brown rot fungi and completely inhibited the last ones growth inhibition at 1000 ppm. GC/MS and FTIR analysis indicated the presence of different polyphenolic compounds like gallic acid, ellagic acid and tannins, which may explain in great part natural durability of this species to fungi.

**References**

AGEOS (2016) Report on the state of satellite coverage of the Gabonese forest heritage. Agence Gabonaise d'Etudes et d'Observations Spatiales/Gabonese Agency for Space Studies and Observations, Libreville

Aloui F, Ayadi N, Charrier F, Charrier B (2004) Durability of European oak (*Quercus petraea* and *Quercus robur*) against white rot fungi (*Coriolus versicolor*): relations with phenol extractives. Holz Roh Werkst 62:286-290.
Amusant N, Moretti C, Richard B, Prost E, Nuzillard M, Thévenon MF (2007) Chemical compounds from *Eperua falcata* and *Eperua grandiflora* heartwood and their biological activities against wood destroying fungus (*Coriolus versicolor*). Holz Roh Werkst 65:23–28.

Antwi-Boasiako C, Barnett JR, Pitman AJ (2010) Relationship between total extractive content and dura bility of three tropical hardwoods exposed to *Coriolus versicolor* (Linnaeus) Quelet. J Indian Acad Wood Sci 7:9–13.

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Bopenga Bopenga CSA (2020) Valorisations potentielles des substances extractibles et étude de la composition chimique en relation avec la durabilité naturelle du noisetier du Gabon: *Coula edulis baill*. Thesis, PhD. University of Lorraine. LERMaB. Faculty of Technological Sciences.

Bopenga Bopenga CSA, Meyo Degboevi H, Candelier K, Edou Engonga P, Dumarçay S, Thévenon MF, Gérardin Charbonnier C, Gérardin P (2020b) Characterization of extracts from the bark of the Gabon hazel tree (*Coula edulis* Baill) for antioxidant, antifungal and anti-termite products. Journal of Renewable Materials.

Bopenga Bopenga CSA., Dumarçay S, Edou Engonga P, Gérardin P (2020a) Relationships between chemical composition and decay durability of *Coula edulis* Baill as an alternative wood species in Gabon. Wood Science and Technology. https://doi.org/10.1007/s00226-020-01158-5

Cirad (2008) Technical sheet for *Coula edulis*. File n° 197. In: Gérard J, Guibal D, Beauchêne J et al (eds) Tropix 6.0. Technological characteristics of 245 tropical species. Cirad, Montpellier

Guilley E, Charpentier JP, Ayadi N, Snakkers G, Nepveu G, Charrier B (2004) Decay resistance against *Coriolus versicolor* in Sessile oak (*Quercus petraea* Liebl.): analysis of the between-tree variability and correlations with extractives, tree growth and other basic wood properties. Wood Sci Technol 38:539–554.

Harborne BJ, Williams AC (2000) Review in advances in flavonoids research since 1992. Phytochemistry 55:481–504.

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Moupela C et al (2010) African Hazel tree (*Coula edulis* Baill), a ignored forest non wood product. Biotechnol. Agron. Soc. Environ 5:451-461.

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Cirad (2008) Technical sheet for *Coula edulis*. File n° 197. In: Gérard J, Guibal D, Beauchêne J et al (eds) Tropix 6.0. Technological characteristics of 245 tropical species. Cirad, Montpellier

Guilley E, Charpentier JP, Ayadi N, Snakkers G, Nepveu G, Charrier B (2004) Decay resistance against *Coriolus versicolor* in Sessile oak (*Quercus petraea* Liebl.): analysis of the between-tree variability and correlations with extractives, tree growth and other basic wood properties. Wood Sci Technol 38:539–554.

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# Estimation des transferts hygrothermiques dans une cellule-test en rondins

MEDJELEKH Dalel<fnref n="1" />, ULMET Laurent<fnref n="2" />, DUBOIS Frédéric<fnref n="2" />

dalel.medjelekh@yahoo.fr

**Mots clefs** : transferts hygrothermiques ; expérimentation ; cellule-test en rondins ; bois massif ; climat d'Egletons ; modèle thermique.

## Contexte et objectifs

Face à la problématique énergétique actuelle, les enveloppes en bois constituent un enjeu primordial et une réponse efficace pour la réduction des impacts environnementaux liés au secteur du bâtiment. Le matériau bois présente de nombreux atouts : matière première renouvelable, déchets de chantier réduits, énergie grise faible, fixation du CO2, etc. En plus, ce matériau est hygroscopique, apte à fixer l'humidité. Il a bien démontré sa capacité à améliorer le confort thermique (Raji 2006), la consommation énergétique (Pickett 2003) et surtout la régulation de l'humidité intérieure dans les bâtiments (Hameury 2005).

A cette fin, et dans le cadre des travaux de thèse (Medjelekh 2015), une étude des transferts hygrothermique au niveau d'une fuste, une cellule test en rondins de douglas, a été réalisée. Le but étant d'évaluer les effets de ce type d'enveloppes de bois massif dans le confort thermique et la consommation énergétique sous les aléas climatiques d'Egletons (France).

## Matériel et méthode

### Présentation de la cellule-test en rondins

La fuste est un bâtiment de petite taille, de volume intérieur 20 m³ dont l'enveloppe a été réalisée en parois de rondins (bois empilés) écorcés de douglas à l'échelle 1. Le diamètre moyen des rondins est de 40 cm. La cellule-test a pour seule ouverture une porte d'entrée isolante (Fig.1). Une toiture végétalisée déborde de 50 cm sur les rondins permettant de limiter les apports solaires d'été, en orientation sud. Les flux thermiques parasites, échanges par la toiture ou le plancher et entre les rondins, ont été minimisés en renforçant l'isolation de ces éléments.

<figure><img src="image_56.png" /><figcaption>Fig. 1 : Vues de face de la cellule-test en rondin</figcaption></figure>

### Instrumentation

La Fig. 2 montre l'appareillage de mesure de la fuste. En plus des capteurs utilisés pour la mesure de la température et l'hygrométrie de l'air, les grandeurs énumérées ci-dessous ont été mesurées au niveau de la fuste. Les acquisitions ont été espacées de 15 minutes :

<footnote n="1">¹Université Badji Mokhtar, Département d'architecture, 24000 Annaba, Algérie</footnote>

<footnote n="2">²Université de Limoges, Laboratoire de Génie civil et Durabilité LGC2D, 19300 Egletons,
France</footnote>
# Estimation des transferts hygrothermiques dans une cellule-test en rondins

MEDJELEKH Dalel<fnref n="1" />, ULMET Laurent<fnref n="2" />, DUBOIS Frédéric<fnref n="2" />

dalel.medjelekh@yahoo.fr

**Mots clefs** : transferts hygrothermiques ; expérimentation ; cellule-test en rondins ; bois massif ; climat d'Egletons ; modèle thermique.

## Contexte et objectifs

Face à la problématique énergétique actuelle, les enveloppes en bois constituent un enjeu primordial et une réponse efficace pour la réduction des impacts environnementaux liés au secteur du bâtiment. Le matériau bois présente de nombreux atouts : matière première renouvelable, déchets de chantier réduits, énergie grise faible, fixation du CO2, etc. En plus, ce matériau est hygroscopique, apte à fixer l'humidité. Il a bien démontré sa capacité à améliorer le confort thermique (Raji 2006), la consommation énergétique (Pickett 2003) et surtout la régulation de l'humidité intérieure dans les bâtiments (Hameury 2005).

A cette fin, et dans le cadre des travaux de thèse (Medjelekh 2015), une étude des transferts hygrothermique au niveau d'une fuste, une cellule test en rondins de douglas, a été réalisée. Le but étant d'évaluer les effets de ce type d'enveloppes de bois massif dans le confort thermique et la consommation énergétique sous les aléas climatiques d'Egletons (France).

## Matériel et méthode

### Présentation de la cellule-test en rondins

La fuste est un bâtiment de petite taille, de volume intérieur 20 m³ dont l'enveloppe a été réalisée en parois de rondins (bois empilés) écorcés de douglas à l'échelle 1. Le diamètre moyen des rondins est de 40 cm. La cellule-test a pour seule ouverture une porte d'entrée isolante (Fig.1). Une toiture végétalisée déborde de 50 cm sur les rondins permettant de limiter les apports solaires d'été, en orientation sud. Les flux thermiques parasites, échanges par la toiture ou le plancher et entre les rondins, ont été minimisés en renforçant l'isolation de ces éléments.

<figure><img src="image_57.png" /><figcaption>Fig. 1 : Vues de face de la cellule-test en rondin</figcaption></figure>

### Instrumentation

La Fig. 2 montre l'appareillage de mesure de la fuste. En plus des capteurs utilisés pour la mesure de la température et l'hygrométrie de l'air, les grandeurs énumérées ci-dessous ont été mesurées au niveau de la fuste. Les acquisitions ont été espacées de 15 minutes :

<footnote n="1">¹Université Badji Mokhtar, Département d'architecture, 24000 Annaba, Algérie</footnote>

<footnote n="2">²Université de Limoges, Laboratoire de Génie civil et Durabilité LGC2D, 19300 Egletons,
France</footnote>
- Températures de surface intérieure et extérieure des rondins (plan médian du rondin et au voisinage immédiat de la gorge) en diverses orientations (sonde à film ZTA685AK, Ahlborn);

- Température de la gorge au cœur de la laine de mouton (sonde PT100);

- Teneur en eau du bois près des surfaces intérieure et extérieure, estimée à partir d'une mesure de la conductivité électrique du matériau (FHA636MF, Ahlborn).

<figure><img src="image_57.png" /><figcaption>Fig. 2 : Appareillage de la cellule-test en rondins, capteurs de contact et station météo</figcaption></figure>

Une caméra infrarouge FLIR SC-7600 a également été utilisée pour détecter les défauts d'isolation et mesurer la température surfacique des murs de la cellule-test (Fig. 3). La caméra est d'une résolution de 640*512 pixels, arbore une large bande de 1,5 à 5,1 µm. Elle est sensible à 15 µm de longueur d'onde et 20 mK (0,02 °C) de température. La fréquence d'acquisition de l'appareil est d'une minute, dont la précision de mesure est estimée à ±1°C dans la plage 5 à 100°C et ± 1% à plus de 100°C. Le matériel n'étant pas protégé contre le rayonnement solaire, les mesures ont été effectuées sur des durées limitées (fin d'automne, en fin de journée) à condition de différence de température de plus de 10°C entre la cellule-test chauffée et l'extérieur.

<figure><img src="image_58.png" /><figcaption>Fig. 3 : Caméra infrarouge FLIR 7600 utilisée (Source : www.flir.com)</figcaption></figure>

# Résultats et discussion

## Température de l'air et de surface

La température ambiante dans la fuste se trouve dans les limites du confort thermique, selon la norme Européenne NE15251 (BSI, 2008) (Fig.4). L'effet de l'inertie thermique est bien apparent avec des amortissements modérément bons jusqu'à 7,8°C max, mais des déphasages courts (1h15 à 3h15, Fig.5). Les températures surfaciques internes, en creux et bosses du rondin sont étroitement proches de la température intérieure. Tandis que les températures surfaciques externes montrent des écarts avec la température extérieure jusqu'à 5°C. La forte épaisseur de « 40 cm » des rondins et la faible diffusivité thermique du bois, causent une très faible capacité
- Températures de surface intérieure et extérieure des rondins (plan médian du rondin et au voisinage immédiat de la gorge) en diverses orientations (sonde à film ZTA685AK, Ahlborn);

- Température de la gorge au cœur de la laine de mouton (sonde PT100);

- Teneur en eau du bois près des surfaces intérieure et extérieure, estimée à partir d'une mesure de la conductivité électrique du matériau (FHA636MF, Ahlborn).

<figure><img src="image_58.png" /><figcaption>Fig. 2 : Appareillage de la cellule-test en rondins, capteurs de contact et station météo</figcaption></figure>

Une caméra infrarouge FLIR SC-7600 a également été utilisée pour détecter les défauts d'isolation et mesurer la température surfacique des murs de la cellule-test (Fig. 3). La caméra est d'une résolution de 640*512 pixels, arbore une large bande de 1,5 à 5,1 µm. Elle est sensible à 15 µm de longueur d'onde et 20 mK (0,02 °C) de température. La fréquence d'acquisition de l'appareil est d'une minute, dont la précision de mesure est estimée à ±1°C dans la plage 5 à 100°C et ± 1% à plus de 100°C. Le matériel n'étant pas protégé contre le rayonnement solaire, les mesures ont été effectuées sur des durées limitées (fin d'automne, en fin de journée) à condition de différence de température de plus de 10°C entre la cellule-test chauffée et l'extérieur.

<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>Fig. 3 : Caméra infrarouge FLIR 7600 utilisée (Source : www.flir.com)</figcaption></figure>

# Résultats et discussion

## Température de l'air et de surface

La température ambiante dans la fuste se trouve dans les limites du confort thermique, selon la norme Européenne NE15251 (BSI, 2008) (Fig.4). L'effet de l'inertie thermique est bien apparent avec des amortissements modérément bons jusqu'à 7,8°C max, mais des déphasages courts (1h15 à 3h15, Fig.5). Les températures surfaciques internes, en creux et bosses du rondin sont étroitement proches de la température intérieure. Tandis que les températures surfaciques externes montrent des écarts avec la température extérieure jusqu'à 5°C. La forte épaisseur de « 40 cm » des rondins et la faible diffusivité thermique du bois, causent une très faible capacité
de transfert de chaleur. Ainsi, la surface des rondins et la température de l'ambiance sont relativement stables dans le temps.

<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>Fig.4 : Températures et limites du confort thermique / T « fuste, mois d'août »</figcaption></figure>

<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>Fig. 5 : Variation de la température de l'air et surfacique « fuste, semaine d'été »</figcaption></figure>

En hiver et en absence du chauffage, la fuste assure également des températures très stables, toutefois faibles (Fig.6). Si le bois a une faible conductivité thermique qui empêche la chaleur de pénétrer dans la structure en été, il s'agit d'un facteur limitatif pour des fins de stockage thermique en hiver. Des températures surfaciques externes jusqu'à 46,6 et 44,7 °C ont été notées respectivement en bosse et en creux du rondin. Ces extrêmes sont dus à la charge thermique maximale en journées ensoleillées produite après 13h. En revanche en présence du chauffage, une puissance moyenne de 391,21W a été utilisée pour assurer une température ambiante moyenne 21,5°C. Notant qu'une bonne cohérence a été trouvée entre le bilan énergétique global de la fuste et les consommations théoriques estimées sous l'hypothèse d'une succession de régimes permanents (calcul mené par éléments finis, donnant pour le mur un coefficient : U=0.47 W.m⁻².K⁻¹) (Ulmet et al, 2009).

<figure><img src="image_61.png" /><figcaption>Fig. 6 : Variation des températures de l'air, surfacique et en cavité : fuste, semaine d'hiver</figcaption></figure>
de transfert de chaleur. Ainsi, la surface des rondins et la température de l'ambiance sont relativement stables dans le temps.

<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>Fig.4 : Températures et limites du confort thermique / T « fuste, mois d'août »</figcaption></figure>

<figure><img src="image_61.png" /><figcaption>Fig. 5 : Variation de la température de l'air et surfacique « fuste, semaine d'été »</figcaption></figure>

En hiver et en absence du chauffage, la fuste assure également des températures très stables, toutefois faibles (Fig.6). Si le bois a une faible conductivité thermique qui empêche la chaleur de pénétrer dans la structure en été, il s'agit d'un facteur limitatif pour des fins de stockage thermique en hiver. Des températures surfaciques externes jusqu'à 46,6 et 44,7 °C ont été notées respectivement en bosse et en creux du rondin. Ces extrêmes sont dus à la charge thermique maximale en journées ensoleillées produite après 13h. En revanche en présence du chauffage, une puissance moyenne de 391,21W a été utilisée pour assurer une température ambiante moyenne 21,5°C. Notant qu'une bonne cohérence a été trouvée entre le bilan énergétique global de la fuste et les consommations théoriques estimées sous l'hypothèse d'une succession de régimes permanents (calcul mené par éléments finis, donnant pour le mur un coefficient : $U=0.47 \ W.m^{-2}.K^{-1}$) (Ulmet et al, 2009).

<figure><img src="image_62.png" /><figcaption>Fig. 6 : Variation des températures de l'air, surfacique et en cavité : fuste, semaine d'hiver</figcaption></figure>
Les clichés pris par la caméra infra-rouge montrent que les rondins inférieurs affichent les plus faibles températures (Fig.7). L'air chaud étant moins dense et léger monte, causant l'échauffement des rondins supérieurs. Les bosses des rondins du fait plus exposées, sont plus froides que les creux protégés et isolés par la laine de mouton. Comme c'est le cas des constructions en bois, la fuste ne présente pas de ponts thermiques importants.

<figure><img src="image_62.png" /><figcaption>Fig. 7 : Cliché de la température surfacique extérieure au niveau des rondins de la fuste, pris par la caméra infra-rouge, le 10/11 à 17h50.</figcaption></figure>

## Température dans la paroi

Lors d'une séquence quotidienne, la profondeur de pénétration de la chaleur dans un matériau en bois a été estimée autour 6,5 cm. Cette épaisseur active représente la distance à laquelle la variation de la température est environ un tiers de la variation du climat intérieur pendant la journée (Hameury, Lundström, 2004). Par transposition au cas de la fuste en été, avec 6,5 cm d'épaisseur active, la chaleur est transférée de 1,2°C chaque 1cm puis se stabilise. 7,8 °C d'amortissement de l'onde thermique fait environ le un tiers de 25 °C de température intérieure et peut confirmer cette épaisseur de couche active. Cette constatation a été vérifiée par un calcul du transfert thermique en régime dynamique sous Excel (Tab. 1). Selon notre modèle, la paroi n'est concernée par le transfert de chaleur au-delà de 25 cm d'épaisseur (fig.8).

<table><caption>Tab. 1 : Paramètres d'entrée du modèle de transfert thermique</caption><thead><tr><th colspan="2">Données matériau : Bois de douglas</th><th colspan="2">Température (°C)</th><th colspan="2">Paramètres de discrétisation</th></tr></thead><tbody><tr><td>λ (W/(mK))</td><td>0,15</td><td>T<sub>i moy</sub></td><td>25</td><td>pas Δx (m)</td><td>0,04</td></tr><tr><td>ρ (kg/m<sup>3</sup>)</td><td>520</td><td>T<sub>e min</sub></td><td>17,2</td><td>pas Δt (s)</td><td>60</td></tr><tr><td>C (J/(kg.K))</td><td>1600</td><td>T<sub>e max</sub></td><td>32,7</td><td>m</td><td>147,91</td></tr><tr><td>Albédo</td><td>0,48</td><td>Heure max (HH:MM)</td><td></td><td>15 :45</td><td></td></tr><tr><td>a</td><td>1,80E-07</td><td>azimut paroi (°)</td><td></td><td>00</td><td></td></tr><tr><td>R<sub>s int</sub> = 1 / h<sub>i</sub> (m<sup>2</sup>K/W)</td><td>0,13</td><td>Inclinaison paroi (°)</td><td></td><td>90</td><td></td></tr><tr><td>R<sub>s ext</sub> = 1 / h<sub>e</sub> (m<sup>2</sup>K/W)</td><td>0,04</td><td>Latitude</td><td></td><td>45°24'</td><td></td></tr></tbody></table>
Les clichés pris par la caméra infra-rouge montrent que les rondins inférieurs affichent les plus faibles températures (Fig.7). L'air chaud étant moins dense et léger monte, causant l'échauffement des rondins supérieurs. Les bosses des rondins du fait plus exposées, sont plus froides que les creux protégés et isolés par la laine de mouton. Comme c'est le cas des constructions en bois, la fuste ne présente pas de ponts thermiques importants.

<figure><img src="image_63.png" /><figcaption>Fig. 7 : Cliché de la température surfacique extérieure au niveau des rondins de la fuste, pris par la caméra infra-rouge, le 10/11 à 17h50.</figcaption></figure>

## Température dans la paroi

Lors d'une séquence quotidienne, la profondeur de pénétration de la chaleur dans un matériau en bois a été estimée autour 6,5 cm. Cette épaisseur active représente la distance à laquelle la variation de la température est environ un tiers de la variation du climat intérieur pendant la journée (Hameury, Lundström, 2004). Par transposition au cas de la fuste en été, avec 6,5 cm d'épaisseur active, la chaleur est transférée de 1,2°C chaque 1cm puis se stabilise. 7,8 °C d'amortissement de l'onde thermique fait environ le un tiers de 25 °C de température intérieure et peut confirmer cette épaisseur de couche active. Cette constatation a été vérifiée par un calcul du transfert thermique en régime dynamique sous Excel (Tab. 1). Selon notre modèle, la paroi n'est concernée par le transfert de chaleur au-delà de 25 cm d'épaisseur (fig.8).

<table><caption>Tab. 1 : Paramètres d'entrée du modèle de transfert thermique</caption><thead><tr><th colspan="2">Données matériau : Bois de douglas</th><th colspan="2">Température (°C)</th><th colspan="2">Paramètres de discrétisation</th></tr></thead><tbody><tr><td>λ (W/(mK))</td><td>0,15</td><td>T<sub>i moy</sub></td><td>25</td><td>pas Δx (m)</td><td>0,04</td></tr><tr><td>ρ (kg/m<sup>3</sup>)</td><td>520</td><td>T<sub>e min</sub></td><td>17,2</td><td>pas Δt (s)</td><td>60</td></tr><tr><td>C (J/(kg.K))</td><td>1600</td><td>T<sub>e max</sub></td><td>32,7</td><td>m</td><td>147,91</td></tr><tr><td>Albédo</td><td>0,48</td><td>Heure max (HH:MM)</td><td></td><td>15 :45</td><td></td></tr><tr><td>a</td><td>1,80E-07</td><td>azimut paroi (°)</td><td></td><td>00</td><td></td></tr><tr><td>R<sub>s int</sub> = 1 / h<sub>i</sub> (m<sup>2</sup>K/W)</td><td>0,13</td><td>Inclinaison paroi (°)</td><td></td><td>90</td><td></td></tr><tr><td>R<sub>s ext</sub> = 1 / h<sub>e</sub> (m<sup>2</sup>K/W)</td><td>0,04</td><td>Latitude</td><td></td><td>45°24'</td><td></td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_63.png" /><figcaption>Fig. 8 : Profils de la température dans la paroi du rondin à différentes heures (du 22 juillet)</figcaption></figure>

## Humidité de l'air et en cavité

La fuste fournit de plus une humidité relative très stable (60 à 62,7%HR) et dans les limites du confort thermique (ASHRAE, 2010) (Fig. 9, 10). Par ailleurs, lors des fluctuations journalières, la profondeur de pénétration de l'humidité dans le matériau bois a été estimée autour de 3 mm (Simonson et al 2001). Dans le cas de la fuste, si l'humidité est amortie à 40 %HR, seuls les trois premiers millimètres de 40 cm de diamètre en sont responsables.

<figure><img src="image_64.png" /><figcaption>Fig. 9 : Humidités relatives et limites du confort thermique /HR « fuste, mois d'août »</figcaption></figure>

<figure><img src="image_65.png" /><figcaption>Fig. 10 : Variation de l'humidité relative de l'air et en cavité « fuste, semaine d'été »</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Dans le but d'évaluer les transferts hygrothermique au niveau des enveloppes en bois, ce travail a présenté une étude sur une « fuste » ou cellule-test en rondins de douglas, exposée aux aléas climatiques d'Egletons. Suivant les résultats de la campagne de mesure et les expérimentations menées, ainsi que le modèle de transfert thermique en régime dynamique établi, le sujet de stockage de chaleur et d'humidité dans la construction en bois massif a été discuté.
<figure><img src="image_64.png" /><figcaption>Fig. 8 : Profils de la température dans la paroi du rondin à différentes heures (du 22 juillet)</figcaption></figure>

## Humidité de l'air et en cavité

La fuste fournit de plus une humidité relative très stable (60 à 62,7%HR) et dans les limites du confort thermique (ASHRAE, 2010) (Fig. 9, 10). Par ailleurs, lors des fluctuations journalières, la profondeur de pénétration de l'humidité dans le matériau bois a été estimée autour de 3 mm (Simonson et al 2001). Dans le cas de la fuste, si l'humidité est amortie à 40 %HR, seuls les trois premiers millimètres de 40 cm de diamètre en sont responsables.

<figure><img src="image_65.png" /><figcaption>Fig. 9 : Humidités relatives et limites du confort thermique /HR « fuste, mois d'août »</figcaption></figure>

<figure><img src="image_66.png" /><figcaption>Fig. 10 : Variation de l'humidité relative de l'air et en cavité « fuste, semaine d'été »</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Dans le but d'évaluer les transferts hygrothermique au niveau des enveloppes en bois, ce travail a présenté une étude sur une « fuste » ou cellule-test en rondins de douglas, exposée aux aléas climatiques d'Egletons. Suivant les résultats de la campagne de mesure et les expérimentations menées, ainsi que le modèle de transfert thermique en régime dynamique établi, le sujet de stockage de chaleur et d'humidité dans la construction en bois massif a été discuté.
Ce matériau isolant, structural et naturel, demeure un choix sensé d'une technique traditionnelle de construction qui allie la beauté, l'authenticité, solidité et sécurité. Mais, une grande ambiguïté demeure encore sur son efficacité énergétique (Raji 2006, Pickett 2003) et sur sa conformité avec les exigences réglementaires. Si la RT2020 prévoit que les bâtiments seront obligatoirement à énergie positive, la construction en rondins est encore loin d'assurer une consommation d'énergie primaire de 30 kWh/m²/an maximum, exigée par la RT2015.

Bien qu'il ait été démontré par rapport au climat d'Egletons et à travers les mesures thermo-hydriques et les tests d'isolation par caméra infrarouge effectués, qu'elle assure le confort hygrothermique estival et réduit l'amplitude des fluctuations de l'humidité relative l'hiver comme l'été. Des amortissements de l'onde thermique jusqu'à 7,8°C et de l'humidité à 40 %HR ont été enregistrés. Selon le modèle, toute l'épaisseur de la paroi n'est concernée par le transfert de chaleur, mais les premiers centimètres de 6,5 cm sont les plus actifs.

Cette étude de la fuste constitue une première étape vers la caractérisation hygrothermique de l'enveloppe en bois massif. Une modélisation de transfert couplé, chaleur et masse de son comportement thermo hydrique est également à envisager.

Références

ASHRAE (2010), INTERPRETATION IC 55-2004-3 OF ANSI/ASHRAE Standard 55-2004. Thermal environmental conditions for human occupancy. Atlanta: ASHRAE; 2010.

BS EN 15251: 2007 (2008), Indoor Environmental Input Parameters for Design and Assessment of Energy Performance of Buildings Addressing Indoor Air Quality, Thermal Environment, Lighting and Acoustics. British Standards Institute, London.

Kunzel H. M, Holm A, Sedlbauer K, Antretter F, Ellinger M (2004), Moisture buffering effect of interior linings made from wood or wood based products, IBP Report HTB-04/2004/e.

Hameury S (2005), Moisture buffering capacity of heavy timber structures directly exposed to an indoor climate: a numerical study", Building and Environment 40, 1400-1412.

Hameury S, Lundström T (2004), Contribution of indoor exposed massive wood to a good indoor climate: in situ measurement campaign, Energy and Buildings 36, 281-292.

Medjelekh D (2015), Caractérisation multi-échelle du comportement thermo hydrique des enveloppes hygroscopiques, Thèse de doctorat, Universités de Limoges / Constantine, Spécialité : Génie civil / Architecture Bioclimatique, 300 p.

Pickett R (2003), The energy performance of log homes. Documented energy-efficiency and thermal mass benefits; Technical Committee of the Log Homes Council, Building Systems Councils; National Association of Home Builders®.

Raji S (2006), Caractérisation hygrothermique par une approche multi échelle, de constructions en bois massif en vue d'amélioration énergétique et de valorisation environnementale, Thèse de doctorat, Université de Bordeaux 1, Spécialité : Sciences du bois.

Simonson C J, Salonvaara M, Ojanen T, Improving indoor climate and comfort with wooden structures, VTT Publication 431, VTT Technical Research Centre of Finland, 200 p.

Ulmet L, Merakeb S, Dubois F, Sauvat N (2009), Etude expérimentale et numérique du transfert hygrothermique des constructions en rondins de douglas, VIIème Colloque Interuniversitaire Franco-Québécois sur la Thermique des Systèmes CIFQ 2009, 18-20 mai 2009, Lille.
Ce matériau isolant, structural et naturel, demeure un choix sensé d'une technique traditionnelle de construction qui allie la beauté, l'authenticité, solidité et sécurité. Mais, une grande ambiguïté demeure encore sur son efficacité énergétique (Raji 2006, Pickett 2003) et sur sa conformité avec les exigences réglementaires. Si la RT2020 prévoit que les bâtiments seront obligatoirement à énergie positive, la construction en rondins est encore loin d'assurer une consommation d'énergie primaire de 30 kWh/m²/an maximum, exigée par la RT2015.

Bien qu'il ait été démontré par rapport au climat d'Egletons et à travers les mesures thermo-hydriques et les tests d'isolation par caméra infrarouge effectués, qu'elle assure le confort hygrothermique estival et réduit l'amplitude des fluctuations de l'humidité relative l'hiver comme l'été. Des amortissements de l'onde thermique jusqu'à 7,8°C et de l'humidité à 40 %HR ont été enregistrés. Selon le modèle, toute l'épaisseur de la paroi n'est concernée par le transfert de chaleur, mais les premiers centimètres de 6,5 cm sont les plus actifs.

Cette étude de la fuste constitue une première étape vers la caractérisation hygrothermique de l'enveloppe en bois massif. Une modélisation de transfert couplé, chaleur et masse de son comportement thermo hydrique est également à envisager.

Références

ASHRAE (2010), INTERPRETATION IC 55-2004-3 OF ANSI/ASHRAE Standard 55-2004.
Thermal environmental conditions for human occupancy. Atlanta: ASHRAE; 2010.

BS EN 15251: 2007 (2008), Indoor Environmental Input Parameters for Design and Assessment of Energy Performance of Buildings Addressing Indoor Air Quality, Thermal Environment, Lighting and Acoustics. British Standards Institute, London.

Kunzel H. M, Holm A, Sedlbauer K, Antretter F, Ellinger M (2004), Moisture buffering effect of interior linings made from wood or wood based products, IBP Report HTB-04/2004/e.

Hameury S (2005), Moisture buffering capacity of heavy timber structures directly exposed to an indoor climate: a numerical study", Building and Environment 40, 1400-1412.

Hameury S, Lundström T (2004), Contribution of indoor exposed massive wood to a good indoor climate: in situ measurement campaign, Energy and Buildings 36, 281-292.

Medjelekh D (2015), Caractérisation multi-échelle du comportement thermo hydrique des enveloppes hygroscopiques, Thèse de doctorat, Universités de Limoges / Constantine, Spécialité : Génie civil / Architecture Bioclimatique, 300 p.

Pickett R (2003), The energy performance of log homes. Documented energy-efficiency and thermal mass benefits; Technical Committee of the Log Homes Council, Building Systems Councils; National Association of Home Builders®.

Raji S (2006), Caractérisation hygrothermique par une approche multi échelle, de constructions en bois massif en vue d'amélioration énergétique et de valorisation environnementale, Thèse de doctorat, Université de Bordeaux 1, Spécialité : Sciences du bois.

Simonson C J, Salonvaara M, Ojanen T, Improving indoor climate and comfort with wooden structures, VTT Publication 431, VTT Technical Research Centre of Finland, 200 p.

Ulmet L, Merakeb S, Dubois F, Sauvat N (2009), Etude expérimentale et numérique du transfert hygrothermique des constructions en rondins de douglas, VIIème Colloque Interuniversitaire Franco-Québécois sur la Thermique des Systèmes CIFQ 2009, 18-20 mai 2009, Lille.
# Évaluation de la capabilité d'un robot poly-articulé 6 axes en usinage du bois

NASRI Linda¹, CURTI Rémi¹, EYMA Florent¹

¹Université Paul Sabatier, Institut Universitaire de Technologie, Département GMP, Laboratoire Institut Clément Ader, Tarbes, France.
linda.nasri@iut-tarbes.fr

**Mots clefs** : Usinage ; MDF ; Robot ; Qualité dimensionnelle et géométrique ; Etat de surface

## Contexte et objectifs

Dans un monde en constante évolution, la robotique industrielle émerge comme l'une des technologies les plus influentes. L'utilisation des robots industriels dans les procédés d'usinage ne cesse d'augmenter dans le monde entier et les prévisions indiquent qu'elle continuera à croître (Iglesias et al. 2015). Cependant, les chiffres indiquant l'utilisation des robots industriels à travers le monde, dans les procédés de travail du bois, sont modestes (Landscheidt et al. 2017). En France, la robotique industrielle est considérée comme une des clés de la compétitivité future et de la transformation de l'industrie. Plusieurs initiatives nationales et régionales ont été mises en œuvre pour stimuler le développement de ce secteur. Cette volonté a été réaffirmée dans le plan d'investissement France 2030, dont une enveloppe est prévue pour la filière industrielle bois et pour la robotisation. Dans le but de valoriser au maximum cette dynamique de transition pour la filière, évoluant dans la 2ème région forestière de France, nous souhaitons répondre à ces nouveaux enjeux scientifiques.

Il est complexe d'obtenir des états de surface satisfaisants en tous points pendant l'usinage d'un matériau fortement anisotrope et hétérogène tel que le bois. Les états de surface étant, entre autre, particulièrement sensibles à la direction du fil du bois usiné (Goli et al. 2016, Curti et al. 2018, Goli et al. 2018). L'état de surface du bois usiné dépend de nombreux facteurs : des paramètres liés aux conditions de coupe, des paramètres liés à la géométrie de l'outil et d'autres liés aux matériaux. Dans la littérature, plusieurs études se sont focalisées sur l'effet de ces paramètres sur l'état de surface en usinage par machine à commande numérique (Computer Numerical Control / CNC). Mais l'effet de ces paramètres sur l'état de surface en usinage robotisé n'a pas encore été clairement identifié. La réponse aux différents enjeux associés à l'intégration de cette nouvelle technologie dans les industries du bois ne pourra pas se faire sans une évaluation précise de la capacité du robot à réaliser des opérations d'usinage conformes à des cahiers des charges stricts. Cette campagne vise donc à (i) évaluer la capacité d'un robot industriel à effectuer des opérations d'usinage en contrôlant et en analysant la qualité dimensionnelle et géométrique d'échantillons de bois en MDF (Medium Density Fiber), i.e. un panneau de fibres de densité moyenne après usinage, (ii) comparer l'état de surface obtenu après un usinage avec une machine CNC et celui obtenu après un usinage avec un robot.

## Matériels et méthodes

Dans le cadre de cette campagne initiale, le matériau usiné est du MDF. Les échantillons, mesurant chacun 200 x 180 x 19 mm³ (Fig. 1). Pour l'usinage, nous avons utilisé un robot à 6 axes (Kuka Kr 70), équipé d'une électrobroche d'usinage (HSD MT 1090 HSK A40), ainsi qu'une machine CNC Dubus à 3 axes. Sur le robot d'usinage, 5 positions d'usinage ont été testées pour placer le robot dans des conditions différentes afin de déterminer l'influence de la
# Évaluation de la capabilité d'un robot poly-articulé 6 axes en usinage du bois

NASRI Linda¹, CURTI Rémi¹, EYMA Florent¹

¹Université Paul Sabatier, Institut Universitaire de Technologie, Département GMP, Laboratoire Institut Clément Ader, Tarbes, France.
linda.nasri@iut-tarbes.fr

**Mots clefs** : Usinage ; MDF ; Robot ; Qualité dimensionnelle et géométrique ; Etat de surface

## Contexte et objectifs

Dans un monde en constante évolution, la robotique industrielle émerge comme l'une des technologies les plus influentes. L'utilisation des robots industriels dans les procédés d'usinage ne cesse d'augmenter dans le monde entier et les prévisions indiquent qu'elle continuera à croître (Iglesias et al. 2015). Cependant, les chiffres indiquant l'utilisation des robots industriels à travers le monde, dans les procédés de travail du bois, sont modestes (Landscheidt et al. 2017). En France, la robotique industrielle est considérée comme une des clés de la compétitivité future et de la transformation de l'industrie. Plusieurs initiatives nationales et régionales ont été mises en œuvre pour stimuler le développement de ce secteur. Cette volonté a été réaffirmée dans le plan d'investissement France 2030, dont une enveloppe est prévue pour la filière industrielle bois et pour la robotisation. Dans le but de valoriser au maximum cette dynamique de transition pour la filière, évoluant dans la 2ème région forestière de France, nous souhaitons répondre à ces nouveaux enjeux scientifiques.

Il est complexe d'obtenir des états de surface satisfaisants en tous points pendant l'usinage d'un matériau fortement anisotrope et hétérogène tel que le bois. Les états de surface étant, entre autre, particulièrement sensibles à la direction du fil du bois usiné (Goli et al. 2016, Curti et al. 2018, Goli et al. 2018). L'état de surface du bois usiné dépend de nombreux facteurs : des paramètres liés aux conditions de coupe, des paramètres liés à la géométrie de l'outil et d'autres liés aux matériaux. Dans la littérature, plusieurs études se sont focalisées sur l'effet de ces paramètres sur l'état de surface en usinage par machine à commande numérique (Computer Numerical Control / CNC). Mais l'effet de ces paramètres sur l'état de surface en usinage robotisé n'a pas encore été clairement identifié. La réponse aux différents enjeux associés à l'intégration de cette nouvelle technologie dans les industries du bois ne pourra pas se faire sans une évaluation précise de la capacité du robot à réaliser des opérations d'usinage conformes à des cahiers des charges stricts. Cette campagne vise donc à (i) évaluer la capacité d'un robot industriel à effectuer des opérations d'usinage en contrôlant et en analysant la qualité dimensionnelle et géométrique d'échantillons de bois en MDF (Medium Density Fiber), i.e. un panneau de fibres de densité moyenne après usinage, (ii) comparer l'état de surface obtenu après un usinage avec une machine CNC et celui obtenu après un usinage avec un robot.

## Matériels et méthodes

Dans le cadre de cette campagne initiale, le matériau usiné est du MDF. Les échantillons, mesurant chacun 200 x 180 x 19 mm³ (Fig. 1). Pour l'usinage, nous avons utilisé un robot à 6 axes (Kuka Kr 70), équipé d'une électrobroche d'usinage (HSD MT 1090 HSK A40), ainsi qu'une machine CNC Dubus à 3 axes. Sur le robot d'usinage, 5 positions d'usinage ont été testées pour placer le robot dans des conditions différentes afin de déterminer l'influence de la
position de ses axes. Ces essais ont été répétés 5 fois pour un total de 25 échantillons. Sur la machine CNC, une seule position a été utilisée, centrale sur la table de travail, pour servir de point de comparaison. Cet essai a également été répété 5 fois. Au total 30 échantillons ont été usinés, dont 25 échantillons à l'aide du robot et 5 échantillons avec la machine CNC. Les échantillons ont tous été usinés avec les mêmes paramètres de coupe, caractéristiques d'un usinage en ébauche soignée (Tab. 1 et 2).

<figure><img src="image_66.png" /><figcaption>Fig. 1: Modèle 3D de la pièce test usinée</figcaption></figure>

<table><caption>Tab. 1 : Paramètres de coupe</caption><thead><tr><td>Paramètre (unité)</td><td>Valeur</td></tr></thead><tbody><tr><td>Vitesse de rotation (tr/min)</td><td>15000</td></tr><tr><td>Vitesse de coupe (m/s)</td><td>12,57</td></tr><tr><td>Vitesse d'avance (m/min)</td><td>10</td></tr><tr><td>Vitesse d'avance en plongée (m/min)</td><td>0,5</td></tr><tr><td>Profondeur de passe axiale en surfaçage (mm)</td><td>3</td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tab. 2 : Caractéristiques de l'outil</caption><thead><tr><td>Paramètre</td><td>Valeur</td></tr></thead><tbody><tr><td>Matériau</td><td>Acier rapide (8% de cobalt)</td></tr><tr><td>Diamètre(mm)</td><td>16</td></tr><tr><td>Nombre de dents</td><td>2</td></tr><tr><td>Angle d'hélice (°)</td><td>30</td></tr><tr><td>Coupe au centre</td><td>Oui</td></tr></tbody></table>

Après usinage, les performances du robot ont été évaluées à travers trois types de contrôles sur les pièces usinées (Fig. 2). Le premier correspond à un contrôle dimensionnel, qui vise à déterminer l'écart entre les dimensions nominales des échantillons et leurs dimensions réelles après usinage. Le second correspond à un contrôle géométrique, permettant d'évaluer des spécifications géométriques telles que la planéité, le parallélisme, la perpendicularité et la localisation d'éléments usinés. Ces contrôles ont été effectués à l'aide d'une machine à mesurer tridimensionnelle (GLOBAL Lite). Nous avons ensuite comparé les états de surface obtenus avec le robot à ceux obtenus avec la machine CNC 3 axes. Plusieurs paramètres d'états de surface ont été mesurés à cette fin à l'aide d'un perthomètre Mahr (MarSurf CM mobile).

## Résultats

Ces essais menés sur l'usinage de panneau de fibres de densité moyenne (MDF), nous ont permis d'évaluer la précision et la répétabilité du robot d'usinage, comparativement à une machine CNC :

- Les écarts entre les dimensions nominales des échantillons et celles réellement obtenues après usinage ont pu être quantifiés ;

- La géométrie obtenue pour différentes positions du robot (contrôles de parallélisme, de perpendicularité, défauts de localisation, ...) a pu être caractérisée ;

- Les états de surface obtenus en surfaçage en bout et en roulant ont pu être évalués.
position de ses axes. Ces essais ont été répétés 5 fois pour un total de 25 échantillons. Sur la machine CNC, une seule position a été utilisée, centrale sur la table de travail, pour servir de point de comparaison. Cet essai a également été répété 5 fois. Au total 30 échantillons ont été usinés, dont 25 échantillons à l'aide du robot et 5 échantillons avec la machine CNC. Les échantillons ont tous été usinés avec les mêmes paramètres de coupe, caractéristiques d'un usinage en ébauche soignée (Tab. 1 et 2).

<figure><img src="image_67.png" /><figcaption>Fig. 1: Modèle 3D de la pièce test usinée</figcaption></figure>

<table><caption>Tab. 1 : Paramètres de coupe</caption><thead><tr><td>Paramètre (unité)</td><td>Valeur</td></tr></thead><tbody><tr><td>Vitesse de rotation (tr/min)</td><td>15000</td></tr><tr><td>Vitesse de coupe (m/s)</td><td>12,57</td></tr><tr><td>Vitesse d'avance (m/min)</td><td>10</td></tr><tr><td>Vitesse d'avance en plongée (m/min)</td><td>0,5</td></tr><tr><td>Profondeur de passe axiale en surfaçage (mm)</td><td>3</td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tab. 2 : Caractéristiques de l'outil</caption><thead><tr><td>Paramètre</td><td>Valeur</td></tr></thead><tbody><tr><td>Matériau</td><td>Acier rapide (8% de cobalt)</td></tr><tr><td>Diamètre(mm)</td><td>16</td></tr><tr><td>Nombre de dents</td><td>2</td></tr><tr><td>Angle d'hélice (°)</td><td>30</td></tr><tr><td>Coupe au centre</td><td>Oui</td></tr></tbody></table>

Après usinage, les performances du robot ont été évaluées à travers trois types de contrôles sur les pièces usinées (Fig. 2). Le premier correspond à un contrôle dimensionnel, qui vise à déterminer l'écart entre les dimensions nominales des échantillons et leurs dimensions réelles après usinage. Le second correspond à un contrôle géométrique, permettant d'évaluer des spécifications géométriques telles que la planéité, le parallélisme, la perpendicularité et la localisation d'éléments usinés. Ces contrôles ont été effectués à l'aide d'une machine à mesurer tridimensionnelle (GLOBAL Lite). Nous avons ensuite comparé les états de surface obtenus avec le robot à ceux obtenus avec la machine CNC 3 axes. Plusieurs paramètres d'états de surface ont été mesurés à cette fin à l'aide d'un perthomètre Mahr (MarSurf CM mobile).

## Résultats

Ces essais menés sur l'usinage de panneau de fibres de densité moyenne (MDF), nous ont permis d'évaluer la précision et la répétabilité du robot d'usinage, comparativement à une machine CNC :

- Les écarts entre les dimensions nominales des échantillons et celles réellement obtenues après usinage ont pu être quantifiés ;

- La géométrie obtenue pour différentes positions du robot (contrôles de parallélisme, de perpendicularité, défauts de localisation, ...) a pu être caractérisée ;

- Les états de surface obtenus en surfaçage en bout et en roulant ont pu être évalués.
<figure><img src="image_67.png" /><figcaption>Fig. 2 : Dimensions, spécifications géométriques et états de surface contrôlés</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Ces essais ont pour objectif d'évaluer les capacités du robot à usiner le MDF dans des conditions de coupe « standard » sur un matériau quasiment isotrope et homogène. Il faudra, par la suite, vérifier le comportement du robot sur du bois massif, bien plus anisotrope et entrainant des efforts de coupe plus variables en cours d'opération ; mais aussi travailler sur le lien entre les conditions de coupe appliquées, les efforts de coupe et les états de surface obtenus.

## Remerciements

Nous souhaitons remercier l'agglomération de Tarbes Lourdes Pyrénées, l'IUT de Tarbes et la Région Occitanie pour leur support financier.

## Références

Curti R, Marcon B, Denaud L, Collet R (2018) Effect of grain direction on cutting forces and chip geometry during green beech wood machining, BioResources, 13(3), pp. 5491-5503.
https://doi.org/10.15376/biores.13.3.5491-5503

Goli G, Curti R, Marcon B, Scippa A, Campatelli G, Furferi R, Denaud L (2018) Specific Cutting Forces of Isotropic and Orthotropic Engineered Wood Products by Round Shape Machining, Materials, 11(12), p. 2575.
https://doi.org/10.3390/ma11122575
<figure><img src="image_68.png" /><figcaption>Fig. 2 : Dimensions, spécifications géométriques et états de surface contrôlés</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Ces essais ont pour objectif d'évaluer les capacités du robot à usiner le MDF dans des conditions de coupe « standard » sur un matériau quasiment isotrope et homogène. Il faudra, par la suite, vérifier le comportement du robot sur du bois massif, bien plus anisotrope et entrainant des efforts de coupe plus variables en cours d'opération ; mais aussi travailler sur le lien entre les conditions de coupe appliquées, les efforts de coupe et les états de surface obtenus.

## Remerciements

Nous souhaitons remercier l'agglomération de Tarbes Lourdes Pyrénées, l'IUT de Tarbes et la Région Occitanie pour leur support financier.

## Références

Curti R, Marcon B, Denaud L, Collet R (2018) Effect of grain direction on cutting forces and chip geometry during green beech wood machining, BioResources, 13(3), pp. 5491-5503.
https://doi.org/10.15376/biores.13.3.5491-5503

Goli G, Curti R, Marcon B, Scippa A, Campatelli G, Furferi R, Denaud L (2018) Specific Cutting Forces of Isotropic and Orthotropic Engineered Wood Products by Round Shape Machining, Materials, 11(12), p. 2575.
https://doi.org/10.3390/ma11122575
Goli G, Sandak J (2016) Proposal of a new method for the rapid assessment of wood machinability and cutting tool performance in peripheral milling, European Journal of Wood and Wood Products, 74(6), pp. 867–874. https://doi.org/10.1007/s00107-016-1053-y

Iglesias I, Sebastián MA, Ares JE (2015) Overview of the State of Robotic Machining: Current Situation and Future Potential, Procedia Engineering, 132, pp. 911–917. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.577

Landscheidt S, Kans M, Winroth M (2017) Opportunities for Robotic Automation in Wood Product Industries: The Supplier and System Integrators’ Perspective, Procedia Manufacturing, 11, pp. 233–240. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.231
Goli G, Sandak J (2016) Proposal of a new method for the rapid assessment of wood machinability and cutting tool performance in peripheral milling, European Journal of Wood and Wood Products, 74(6), pp. 867–874. https://doi.org/10.1007/s00107-016-1053-y

Iglesias I, Sebastián MA, Ares JE (2015) Overview of the State of Robotic Machining: Current Situation and Future Potential, Procedia Engineering, 132, pp. 911–917. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.577

Landscheidt S, Kans M, Winroth M (2017) Opportunities for Robotic Automation in Wood Product Industries: The Supplier and System Integrators’ Perspective, Procedia Manufacturing, 11, pp. 233–240. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.231
# Assessment of fungus and termite resistance in four Eucalyptus species cultivated in Tunisia

ELAIEB Mohamed<fnref n="1" />*, BEN AYED Sarra<fnref n="1" />, KACHOURI Hbib<fnref n="2" />, KHOUJA Mariem<fnref n="1" />, DUMARCAY Stéphane<fnref n="3" />, DE FREITAS HOMEN DE FARIA Bruno<fnref n="4" />,<fnref n="5" />, THEVENON Marie-France<fnref n="5" />, GERARDIN Philippe<fnref n="3" />, CANDELIER Kévin<fnref n="5" />

**Key words:** Extractive's composition; GC-MS; Natural durability; Screening tests; Tunisian Eucalyptus.

## Context and objectives

Eucalyptus trees have been adapted to the Tunisian climate. Now, they need to be economically valued. Tunisian Eucalyptus have great technological properties allowing us to use them as wooden material. However, there is large variability in the natural durability between heartwood Eucalyptus spp. (Taylor et al. 2006). The wood sustainability assessment provides reliable parameters to predict the service life of wood-based products. This study aimed to evaluate the wood deterioration of four North Tunisian fast-growing Eucalyptus spp. exposed to basidiomycetes and termites. Then, these natural durability results were put in perspective with the extractive content and analysis.

## Material and methods

*Eucalyptus maidenii*, *E. saligna*, *E. camaldulensis* and *E. gomphocephala* trees were collected from the arboretum of Souiniet, which is located in Ain Draham, region of Kroumirie, Tunisia (35°54' N; 8° 48' E). 5 trees/Eucalyptus genus without defects (cracks, biotic and abiotic alterations, etc.), with a good rectitude and with a great visual quality were picked for each studied Eucalyptus spp. The selected trees were 55–60 years old and their diameters [at 1.30 m at breast height (DBH)] comprised between 30 and 40 cm.

To perform durability tests, a wooden disk, 50 mm in thickness, was cut at tree DBH, for each selected tree. From each disk, 15 samples with surrounding dimensions of 30 × 10 × 5 mm<fnref n="3" /> (L × R × T) were randomly selected among the heartwood part: 12 samples to examine the fungal resistance and three samples to evaluate the termite resistance. For each of the Eucalyptus spp., 60 samples were submitted to fungal exposure [30 samples (12 × 5 wooden disk) for each tested fungus] and 15 samples to termite attacks.

Decay resistance was tested, against one brown rot (*Coniophora puteana* CP) and one white rot (*Trametes versicolor* CV), according to the main criteria of the EN 113-2 (2020), despite the fact that such an estimate is not very accurate for screening tests of 6 weeks.

<footnote n="1">¹ INRGREF, University of Carthage, B.P. 10, 2080 Ariana, Tunisia.</footnote>

<footnote n="2">² Régie d'Exploitation Forestière (REF), Ministère d'agriculture, des ressources hydrauliques et de la pêche, 30 rue Alain savary, tunis, Tunisie.</footnote>

<footnote n="3">³ LERMAB, LERMAB the University of Lorraine, Faculty of Science and Technology, 54506 Vandoeuvre-lès-Nancy, France.</footnote>

<footnote n="4">⁴ Federal University of Viçosa, Department of Forestry Engineering, Viçosa, Brazil</footnote>

<footnote n="5">⁵ CIRAD, UPR BioWooEB, F-34398 Montpellier, France. BioWooEB, Univ. Montpellier, CIRAD, Montpellier, France.</footnote>

<footnote>*elayeb.mohamed@ingref.ucar.tn
ayeb2002@yahoo.fr</footnote>
# Assessment of fungus and termite resistance in four Eucalyptus species cultivated in Tunisia

ELAIEB Mohamed<fnref n="1" />*, BEN AYED Sarra<fnref n="1" />, KACHOURI Hbib<fnref n="2" />, KHOUJA Mariem<fnref n="1" />, DUMARCAY Stéphane<fnref n="3" />, DE FREITAS HOMEN DE FARIA Bruno<fnref n="4" />,<fnref n="5" />, THEVENON Marie-France<fnref n="5" />, GERARDIN Philippe<fnref n="3" />, CANDELIER Kévin<fnref n="5" />

**Key words:** Extractive's composition; GC-MS; Natural durability; Screening tests; Tunisian Eucalyptus.

## Context and objectives

Eucalyptus trees have been adapted to the Tunisian climate. Now, they need to be economically valued. Tunisian Eucalyptus have great technological properties allowing us to use them as wooden material. However, there is large variability in the natural durability between heartwood Eucalyptus spp. (Taylor et al. 2006). The wood sustainability assessment provides reliable parameters to predict the service life of wood-based products. This study aimed to evaluate the wood deterioration of four North Tunisian fast-growing Eucalyptus spp. exposed to basidiomycetes and termites. Then, these natural durability results were put in perspective with the extractive content and analysis.

## Material and methods

*Eucalyptus maidenii*, *E. saligna*, *E. camaldulensis* and *E. gomphocephala* trees were collected from the arboretum of Souiniet, which is located in Ain Draham, region of Kroumirie, Tunisia (35°54' N; 8° 48' E). 5 trees/Eucalyptus genus without defects (cracks, biotic and abiotic alterations, etc.), with a good rectitude and with a great visual quality were picked for each studied Eucalyptus spp. The selected trees were 55-60 years old and their diameters [at 1.30 m at breast height (DBH)] comprised between 30 and 40 cm.

To perform durability tests, a wooden disk, 50 mm in thickness, was cut at tree DBH, for each selected tree. From each disk, 15 samples with surrounding dimensions of 30 × 10 × 5 mm<fnref n="3" /> (L × R × T) were randomly selected among the heartwood part: 12 samples to examine the fungal resistance and three samples to evaluate the termite resistance. For each of the Eucalyptus spp., 60 samples were submitted to fungal exposure [30 samples (12 × 5 wooden disk) for each tested fungus] and 15 samples to termite attacks.

Decay resistance was tested, against one brown rot (*Coniophora puteana* CP) and one white rot (*Trametes versicolor* CV), according to the main criteria of the EN 113-2 (2020), despite the fact that such an estimate is not very accurate for screening tests of 6 weeks.

<footnote n="1">¹ INRGREF, University of Carthage, B.P. 10, 2080 Ariana, Tunisia.</footnote>

<footnote n="2">² Régie d'Exploitation Forestière (REF), Ministère d'agriculture, des ressources hydrauliques et de la pêche, 30 rue Alain savary, tunis, Tunisie.</footnote>

<footnote n="3">³ LERMAB, LERMAB the University of Lorraine, Faculty of Science and Technology, 54506 Vandoeuvre-lès-Nancy, France.</footnote>

<footnote n="4">⁴ Federal University of Viçosa, Department of Forestry Engineering, Viçosa, Brazil</footnote>

<footnote n="5">⁵ CIRAD, UPR BioWooEB, F-34398 Montpellier, France. BioWooEB, Univ. Montpellier, CIRAD, Montpellier, France.</footnote>

<footnote>*elayeb.mohamed@ingref.ucar.tn
ayeb2002@yahoo.fr</footnote>
Termite resistance non-choice tests were carried out against Eastern subterranean termites (*Reticulitermes. flavipes*), according to the main criteria of the EN 117 (2013), except for the sample sizes and test duration (4 weeks).

Finally, all raw Eucalyptus wood sawdusts were extracted by Soxhlet apparatus, using a sequential extraction with dichloromethane (DCM) and acetone. The extractive yields were determined and their chemical compositions were analysed by GC-MS (Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry).

## Results and discussion

Among the four Eucalyptus woods, *Eucalyptus gomphocephala* presents the highest decay and termite resistance. The four Eucalyptus wood species are classified as very durable against fungal degradation (Tab. 1) and durable against termite attacks, expect for *Eucalyptus saligna* which is classified as sensible against termites.

<table><caption>Tab. 1: Durability classes of E. saligna, E. maidenii, E. camaldulensis and E. gomphocephala according to the XP CEN/TS 15083-1 (2006) and EN 117 (2013).</caption><thead><tr><th rowspan="3">Species</th><th colspan="3">Fungal resistance (according to the EN XP CEN/TS 15083-1)</th><th colspan="3">Termite resistance (according to the EN 117)</th></tr><tr><th>Coniophora puteana</th><th>Trametes versicolor</th><th rowspan="2">Durability class</th><th colspan="2">Reticulitermes flavipes (Eastern subterranean termites)</th><th rowspan="2">Durability class</th></tr><tr><th>(Brown rot)</th><th>(White rot)</th><th>Survival rate (%)</th><th>Visual quotation</th></tr></thead><tbody><tr><td><em>E. saligna</em></td><td>0.65 ± 1.05</td><td>2.04 ± 2.60</td><td>1</td><td>34.7 ± 12.03</td><td>3</td><td>Sensible</td></tr><tr><td><em>E. maidenii</em></td><td>0.17 ± 0.15</td><td>0.45 ± 0.27</td><td>1</td><td>13.33 ± 7.02</td><td>1</td><td>Durable</td></tr><tr><td><em>E. camaldulensis</em></td><td>0.23 ± 0.63</td><td>0.28 ± 0.25</td><td>1</td><td>14.00 ± 6.93</td><td>1</td><td>Durable</td></tr><tr><td><em>E. gomphocephala</em></td><td>0.06 ± 0.06</td><td>0.27 ± 0.21</td><td>1</td><td>12.67 ± 5.03</td><td>1</td><td>Durable</td></tr></tbody></table>

The natural durability of Eucalyptus is mainly caused by extractives, and a lot of compounds are involved (Gominho et al. 2001, Boa 2014). Antifungal and anti-termite properties of these compounds were put in perspective with the natural durability of wood. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analyses highlighted that Eucalyptus durability is mostly governed by gallic acid, fatty acid glycerides, fatty acid esters, phenolic compounds, sitosterol, catechin and ellagic acid (Tab. 2).

<table><caption>Tab. 2: Qualitative evaluation of the presence of chemical compounds with antifungal activities in the *E. saligna*, *E. maidenii*, *E. camaldulensis* and *E. gomphocephala* extracts.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Species</th><th rowspan="2">Solvent used for extraction</th><th rowspan="2">Extractive contents (%, w/w)</th><th colspan="5">Presence of chemical compounds with anti-fungal and anti-termite activities</th></tr><tr><th>Gallic acid</th><th>Fatty acid glycerides and fatty acid esters</th><th>Sitosterol</th><th>Catechin</th><th>Ellagic acid</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="2"><em>E. saligna</em></td><td>DCM</td><td>1.20</td><td>0</td><td>+++</td><td>++</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>2.60</td><td>++</td><td>++</td><td>0</td><td>-</td><td>0</td></tr><tr><td rowspan="2"><em>E. maidenii</em></td><td>DCM</td><td>0.80</td><td>0</td><td>++</td><td>-</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>8.50</td><td>+++</td><td>+</td><td>0</td><td>0</td><td>+</td></tr><tr><td rowspan="2"><em>E. camaldulensis</em></td><td>DCM</td><td>0.30</td><td>0</td><td>+++</td><td>++</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>5.80</td><td>++</td><td>-</td><td>+</td><td>++</td><td>0</td></tr><tr><td rowspan="2"><em>E. gomphocephala</em></td><td>DCM</td><td>1.10</td><td>0</td><td>+++</td><td>++</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>12.30</td><td>+++</td><td>-</td><td>0</td><td>++</td><td>++</td></tr></tbody></table>
Termite resistance non-choice tests were carried out against Eastern subterranean termites (*Reticulitermes. flavipes*), according to the main criteria of the EN 117 (2013), except for the sample sizes and test duration (4 weeks).

Finally, all raw Eucalyptus wood sawdusts were extracted by Soxhlet apparatus, using a sequential extraction with dichloromethane (DCM) and acetone. The extractive yields were determined and their chemical compositions were analysed by GC-MS (Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry).

## Results and discussion

Among the four Eucalyptus woods, *Eucalyptus gomphocephala* presents the highest decay and termite resistance. The four Eucalyptus wood species are classified as very durable against fungal degradation (Tab. 1) and durable against termite attacks, expect for *Eucalyptus saligna* which is classified as sensible against termites.

<table><caption>Tab. 1: Durability classes of E. saligna, E. maidenii, E. camaldulensis and E. gomphocephala according to the XP CEN/TS 15083-1 (2006) and EN 117 (2013).</caption><thead><tr><th rowspan="3">Species</th><th colspan="3">Fungal resistance (according to the EN XP CEN/TS 15083-1)</th><th colspan="3">Termite resistance (according to the EN 117)</th></tr><tr><th>Coniophora puteana</th><th>Trametes versicolor</th><th rowspan="2">Durability class</th><th colspan="2">Reticulitermes flavipes (Eastern subterranean termites)</th><th rowspan="2">Durability class</th></tr><tr><th>(Brown rot)</th><th>(White rot)</th><th>Survival rate (%)</th><th>Visual quotation</th></tr></thead><tbody><tr><td><em>E. saligna</em></td><td>0.65 ± 1.05</td><td>2.04 ± 2.60</td><td>1</td><td>34.7 ± 12.03</td><td>3</td><td>Sensible</td></tr><tr><td><em>E. maidenii</em></td><td>0.17 ± 0.15</td><td>0.45 ± 0.27</td><td>1</td><td>13.33 ± 7.02</td><td>1</td><td>Durable</td></tr><tr><td><em>E. camaldulensis</em></td><td>0.23 ± 0.63</td><td>0.28 ± 0.25</td><td>1</td><td>14.00 ± 6.93</td><td>1</td><td>Durable</td></tr><tr><td><em>E. gomphocephala</em></td><td>0.06 ± 0.06</td><td>0.27 ± 0.21</td><td>1</td><td>12.67 ± 5.03</td><td>1</td><td>Durable</td></tr></tbody></table>

The natural durability of Eucalyptus is mainly caused by extractives, and a lot of compounds are involved (Gominho et al. 2001, Boa 2014). Antifungal and anti-termite properties of these compounds were put in perspective with the natural durability of wood. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analyses highlighted that Eucalyptus durability is mostly governed by gallic acid, fatty acid glycerides, fatty acid esters, phenolic compounds, sitosterol, catechin and ellagic acid (Tab. 2).

<table><caption>Tab. 2: Qualitative evaluation of the presence of chemical compounds with antifungal activities in the *E. saligna*, *E. maidenii*, *E. camaldulensis* and *E. gomphocephala* extracts.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Species</th><th rowspan="2">Solvent used for extraction</th><th rowspan="2">Extractive contents (%, w/w)</th><th colspan="5">Presence of chemical compounds with anti-fungal and anti-termite activities</th></tr><tr><th>Gallic acid</th><th>Fatty acid glycerides and fatty acid esters</th><th>Sitosterol</th><th>Catechin</th><th>Ellagic acid</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="2"><em>E. saligna</em></td><td>DCM</td><td>1.20</td><td>0</td><td>+++</td><td>++</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>2.60</td><td>++</td><td>++</td><td>0</td><td>-</td><td>0</td></tr><tr><td rowspan="2"><em>E. maidenii</em></td><td>DCM</td><td>0.80</td><td>0</td><td>++</td><td>-</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>8.50</td><td>+++</td><td>+</td><td>0</td><td>0</td><td>+</td></tr><tr><td rowspan="2"><em>E. camaldulensis</em></td><td>DCM</td><td>0.30</td><td>0</td><td>+++</td><td>++</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>5.80</td><td>++</td><td>-</td><td>+</td><td>++</td><td>0</td></tr><tr><td rowspan="2"><em>E. gomphocephala</em></td><td>DCM</td><td>1.10</td><td>0</td><td>+++</td><td>++</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>12.30</td><td>+++</td><td>-</td><td>0</td><td>++</td><td>++</td></tr></tbody></table>
The high contents of gallic acid, fatty acid glycerides, fatty acid esters and phenolic compounds in the extractives conferred a high level of decay resistance (Durability class 1) to the four Eucalyptus wood. It is well known as the polyphenols protect the tree against microbiological, fungal and insect attacks (Metsämuuronen and Siren 2014). In addition, the tenors in sitosterol, catechin and ellagic acid of these extracts allowed to classify the four Eucalyptus spp. in the following order of durability (fungi and termites): *E. gomphocephala* > *E. camaldulensis* > *E. maidenii* > *E. saligna*.

## Conclusion and perspectives

The results obtained through this study bring many new information about the relationships between extractive contents and compositions and decay and termite resistance levels of the four most common Tunisian Eucalyptus spp. The contents in total extractives of the studied Tunisian Eucalyptus seem to be correlated with their respective wood durability levels. While the literature gives us many results concerning the chemical composition of some Eucalyptus extractives, often closely related only to the paper industry, the present study identified several extractive compounds playing a role in wood durability (anti-fungal and anti-termite activities) and highlights their effects relating to the wood natural durability level. GC-MS analyses highlighted that the high contents of gallic acid, fatty acid glycerides, fatty acid esters and phenolic compounds in the four Eucalyptus extractives provided to the wood a high level of decay resistance (Durability class 1). In addition, the tenor's variations in sitosterol, catechin and ellagic acid, which also have anti-termite activities, allowed to classify the four Eucalyptus spp. These decay and termite-resistant of Tunisian Eucalyptus wood could be extensively used in some industrial processes such as pulp, paper, chipboard, plywood manufacturing and also wooden material and building structure, improving the economy of the wood sector in Tunisia.

## Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge the National Institute of Agricultural Engineering Research, Water and Forest (INRGREF) and the General Direction of Forestry (DGF) for their implications on this project.

## References

Boa AC (2014) Wood characterization of the upper half of the trunk of Eucalyptus grandis 3 *Eucalyptus urophylla* of 13 years trees for pulpwood. MS thesis. Federal University of Espírito Santo, Brazil. 92 pp. (In Portuguese with English abstract.)

EN 113-2 (2020) Durability of wood and wood-based materials - Test method against basidiomycetes - Part 2: Determination of inherent or enhanced durability. European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium, p. 20.

EN 117 (2013) Wood preservatives – Determination of toxic values against *Reticulitermes* species (European termites) (laboratory method). European committee for standardization. https://www.cen.eu.

Gominho J, Figueira J, Rodrigues JC, Pereira H (2001) Within-tree variation of heartwood, extractives and wood density in the eucalypt hybrid *urograndis* (*E. grandis* x *E. urophylla*). Wood and Fiber Science, 33(1): 3-8.

Metsämuuronen S, Siren H (2014) Antibacterial compounds in predominant trees in Finland: review. Journal of Bioprocessing and Biotechniques, 4: 167, 13 pages.

Taylor AM., Gartner B., Morrell JJ (2006) Effects of heartwood extractive fractions of *Thuja plicata* and *Chamaecyparis nootkatensis* on wood degradation by termites or fungi. Journal of Wood Science, 52: 147-153.
The high contents of gallic acid, fatty acid glycerides, fatty acid esters and phenolic compounds in the extractives conferred a high level of decay resistance (Durability class 1) to the four Eucalyptus wood. It is well known as the polyphenols protect the tree against microbiological, fungal and insect attacks (Metsämuuronen and Siren 2014). In addition, the tenors in sitosterol, catechin and ellagic acid of these extracts allowed to classify the four Eucalyptus spp. in the following order of durability (fungi and termites): *E. gomphocephala* > *E. camaldulensis* > *E. maidenii* > *E. saligna*.

## Conclusion and perspectives

The results obtained through this study bring many new information about the relationships between extractive contents and compositions and decay and termite resistance levels of the four most common Tunisian Eucalyptus spp. The contents in total extractives of the studied Tunisian Eucalyptus seem to be correlated with their respective wood durability levels. While the literature gives us many results concerning the chemical composition of some Eucalyptus extractives, often closely related only to the paper industry, the present study identified several extractive compounds playing a role in wood durability (anti-fungal and anti-termite activities) and highlights their effects relating to the wood natural durability level. GC-MS analyses highlighted that the high contents of gallic acid, fatty acid glycerides, fatty acid esters and phenolic compounds in the four Eucalyptus extractives provided to the wood a high level of decay resistance (Durability class 1). In addition, the tenor's variations in sitosterol, catechin and ellagic acid, which also have anti-termite activities, allowed to classify the four Eucalyptus spp. These decay and termite-resistant of Tunisian Eucalyptus wood could be extensively used in some industrial processes such as pulp, paper, chipboard, plywood manufacturing and also wooden material and building structure, improving the economy of the wood sector in Tunisia.

## Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge the National Institute of Agricultural Engineering Research, Water and Forest (INRGREF) and the General Direction of Forestry (DGF) for their implications on this project.

## References

Boa AC (2014) Wood characterization of the upper half of the trunk of Eucalyptus grandis 3 *Eucalyptus urophylla* of 13 years trees for pulpwood. MS thesis. Federal University of Espírito Santo, Brazil. 92 pp. (In Portuguese with English abstract.)

EN 113-2 (2020) Durability of wood and wood-based materials - Test method against basidiomycetes - Part 2: Determination of inherent or enhanced durability. European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium, p. 20.

EN 117 (2013) Wood preservatives – Determination of toxic values against *Reticulitermes* species (European termites) (laboratory method). European committee for standardization. https://www.cen.eu.

Gominho J, Figueira J, Rodrigues JC, Pereira H (2001) Within-tree variation of heartwood, extractives and wood density in the eucalypt hybrid *urograndis* (*E. grandis* x *E. urophylla*). Wood and Fiber Science, 33(1): 3-8.

Metsämuuronen S, Siren H (2014) Antibacterial compounds in predominant trees in Finland: review. Journal of Bioprocessing and Biotechniques, 4: 167, 13 pages.

Taylor AM., Gartner B., Morrell JJ (2006) Effects of heartwood extractive fractions of *Thuja plicata* and *Chamaecyparis nootkatensis* on wood degradation by termites or fungi. Journal of Wood Science, 52: 147-153.
# Analyse de la complaisance du bois dans des essais de fluage multi-paliers

<u>BONTEMPS Arthur</u><fnref n="1" />,<fnref n="2" />, GODI Gaël<fnref n="1" />, MOUTOU PITTI Rostand<fnref n="1" />,<fnref n="3" />, FOURNELY Eric<fnref n="1" />,
GRIL Joseph<fnref n="1" />,<fnref n="4" />

**Mots clefs** : Fluage du bois, complaisance, Eurocode 5

## Contexte et objectifs

Le fluage des éléments de structure en bois est un élément déterminant de la construction bois
dans la mesure où il impacte drastiquement le dimensionnement et la durée de vie de la
structure. Néanmoins, le fluage du bois est encore imprévisible tant il dépend de nombreux
paramètres : teneur en eau initiale, variation d'humidité relative ou de température, niveau de
chargement, angle de fil, etc. (Morlier et al. 2007).

Le dimensionnement des structures bois en France est défini par certaines dispositions de
l'Eurocode 5, qui se sert essentiellement de deux facteurs pour inclure le fluage dans le calcul
de flèche et de la résistance à long-terme : le $k_{def}$ et le $k_{mod}$ (AFNOR 2005). Autant ces facteurs
sont relativement simples à utiliser pour des bureaux d'étude, autant ils sont très approximatifs
et inadaptés dans certaines situations. Par exemple, lorsqu'un élément de structure en bois est
chargé à une teneur en eau initiale supérieure à 20% et soumis à une classe de service 3, le $k_{def}$
est augmenté de 1. Cette augmentation est critiquée et jugée arbitraire par la communauté des
charpentiers traditionnels, qui s'accommode et même recherche encore le bois vert pour la
construction (Bontemps 2023). Également, le choix du $k_{def}$ est indépendant d'une éventuelle
exposition au soleil ou de l'angle de fil, alors que ces éléments influent considérablement le
fluage (Granello et Palermo 2019). Enfin, le facteur $k_{def}$ ne tient pas compte des éventuelles
réservations dans le bois, qui pourrait coupler le fluage et la fissuration (Jockwer et al. 2014).

Dans ce contexte, il paraît donc pertinent de réaliser des essais de fluage sur des poutres
entaillées à l'échelle d'élément de structure en environnement variable, cas de figure où le k
est lacunaire. Cet article présente l'analyse d'essais de fluage multi-paliers dans laquelle une
tentative d'estimation de $k_{def}$ est proposée.

## Matériel et méthode

*Essais de fluage multi-paliers sur des poutres entaillées soumises à un environnement variable*

Des essais de fluage en flexion 4 points ont été réalisés dans le cadre d'une campagne
expérimentale visant à déterminer le comportement à long-terme de poutres entaillées en sapin
pectiné, soumises à un environnement extérieur et à différentes teneurs en eau initiales. Les
poutres ont été chargées à des états partiellement séchés, dont à des teneurs en eau supérieures
au point de saturation des fibres. Elles sont en dimensions d'emploi : 4000 × 175 × 63mm<fnref n="3" />.
Le dispositif expérimental est montré en Fig. 1. Il est en environnement extérieur semi-abrité,

<footnote n="1">¹Université Clermont Auvergne, Clermont Auvergne INP, CNRS, Institut Pascal, F-63000,
Clermont-Ferrand, France</footnote>

<footnote n="2">²Univ Lyon, ECAM LaSalle, LabECAM, 40 Montée Saint Barthélémy, Lyon Cedex 05,
69321, France</footnote>

<footnote n="3">³CENAREST, IRT, BP14070, Libreville, Gabon</footnote>

<footnote n="4">⁴Université Clermont Auvergne, INRAE, PIAF, F-63000, Clermont-Ferrand, France
[arthur.bontemps@ecam.fr](mailto:arthur.bontemps@ecam.fr)</footnote>
# Analyse de la complaisance du bois dans des essais de fluage multi-paliers

<u>BONTEMPS Arthur</u><fnref n="1" />,<fnref n="2" />, GODI Gaël<fnref n="1" />, MOUTOU PITTI Rostand<fnref n="1" />,<fnref n="3" />, FOURNELY Eric<fnref n="1" />,
GRIL Joseph<fnref n="1" />,<fnref n="4" />

**Mots clefs** : Fluage du bois, complaisance, Eurocode 5

## Contexte et objectifs

Le fluage des éléments de structure en bois est un élément déterminant de la construction bois
dans la mesure où il impacte drastiquement le dimensionnement et la durée de vie de la
structure. Néanmoins, le fluage du bois est encore imprévisible tant il dépend de nombreux
paramètres : teneur en eau initiale, variation d'humidité relative ou de température, niveau de
chargement, angle de fil, etc. (Morlier et al. 2007).

Le dimensionnement des structures bois en France est défini par certaines dispositions de
l'Eurocode 5, qui se sert essentiellement de deux facteurs pour inclure le fluage dans le calcul
de flèche et de la résistance à long-terme : le $k_{def}$ et le $k_{mod}$ (AFNOR 2005). Autant ces facteurs
sont relativement simples à utiliser pour des bureaux d'étude, autant ils sont très approximatifs
et inadaptés dans certaines situations. Par exemple, lorsqu'un élément de structure en bois est
chargé à une teneur en eau initiale supérieure à 20% et soumis à une classe de service 3, le $k_{def}$
est augmenté de 1. Cette augmentation est critiquée et jugée arbitraire par la communauté des
charpentiers traditionnels, qui s'accommode et même recherche encore le bois vert pour la
construction (Bontemps 2023). Également, le choix du $k_{def}$ est indépendant d'une éventuelle
exposition au soleil ou de l'angle de fil, alors que ces éléments influent considérablement le
fluage (Granello et Palermo 2019). Enfin, le facteur $k_{def}$ ne tient pas compte des éventuelles
réservations dans le bois, qui pourrait coupler le fluage et la fissuration (Jockwer et al. 2014).

Dans ce contexte, il paraît donc pertinent de réaliser des essais de fluage sur des poutres
entaillées à l'échelle d'élément de structure en environnement variable, cas de figure où le $k$
est lacunaire. Cet article présente l'analyse d'essais de fluage multi-paliers dans laquelle une
tentative d'estimation de $k_{def}$ est proposée.

## Matériel et méthode

*Essais de fluage multi-paliers sur des poutres entaillées soumises à un environnement variable*

Des essais de fluage en flexion 4 points ont été réalisés dans le cadre d'une campagne
expérimentale visant à déterminer le comportement à long-terme de poutres entaillées en sapin
pectiné, soumises à un environnement extérieur et à différentes teneurs en eau initiales. Les
poutres ont été chargées à des états partiellement séchés, dont à des teneurs en eau supérieures
au point de saturation des fibres. Elles sont en dimensions d'emploi : 4000 × 175 × 63mm<fnref n="3" />.
Le dispositif expérimental est montré en Fig. 1. Il est en environnement extérieur semi-abrité,

<footnote n="1">¹Université Clermont Auvergne, Clermont Auvergne INP, CNRS, Institut Pascal, F-63000,
Clermont-Ferrand, France</footnote>

<footnote n="2">²Univ Lyon, ECAM LaSalle, LabECAM, 40 Montée Saint Barthélémy, Lyon Cedex 05,
69321, France</footnote>

<footnote n="3">³CENAREST, IRT, BP14070, Libreville, Gabon</footnote>

<footnote n="4">⁴Université Clermont Auvergne, INRAE, PIAF, F-63000, Clermont-Ferrand, France
[arthur.bontemps@ecam.fr](mailto:arthur.bontemps@ecam.fr)</footnote>
c'est-à-dire abrité de la pluie mais pas du rayonnement solaire. Le chargement appliqué consiste en des blocs de béton imperméables de 350 kg, incrémentés de 30 kg chaque mois pendant 5 mois puis chaque jour, de sorte que la durée d'un essai ne dépasse jamais 7 mois. On parle ainsi d'essais de fluage multi-paliers. 18 essais ont été réalisés : 6 en hiver et 12 en été.

Les poutres étant entaillées, ces essais impliquent du fluage et de la fissuration, le but premier de cette campagne expérimentale étant d'observer et analyser le couplage entre ces deux processus physiques pour des teneurs en eau initiales variables.

<figure><img src="image_68.png" /><figcaption>Fig. 1 : Photo de trois poutres chargées en fluage multi-paliers.</figcaption></figure>

## Analyse de la complaisance et estimation d'un $k_{def}$

Des capteurs LVDT mesurent la flèche centrale au cours de ces essais, et une méthode de suivi de marqueurs mesure les propagations de fissure et les retrait-gonflements (Bontemps et al. 2023). L'équation reliant la flèche centrale et la complaisance apparente découle de l'équation d'Euler-Bernoulli en théorie des poutres :

$$ \frac{d^2 u}{dx^2} = J^* \times \frac{M_z(x)}{I_z(x)} \qquad (1) $$

Avec $u$ la flèche, $x$ la variable dimensionnelle, $J^*$ la complaisance apparente, $M_z$ le moment fléchissant autour de l'axe $z$ et $I_z$ le moment quadratique autour de l'axe $z$. Un schéma du chargement en flexion 4 points d'une poutre entaillée est illustré en Fig. 2. L'évolution du moment fléchissant et d'éventuelles propagations de fissures y sont représentés : $C_{Lz}$, $C_{Hl}$, $C_{Lr}$, $C_{Hr}$ correspondent aux longueurs et hauteurs de fissures à gauche et à droite, respectivement.

<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>Fig. 2 : Schéma d'une poutre entaillée chargée en flexion 4-points et subissant une propagation de fissure asymétrique.</figcaption></figure>
c'est-à-dire abrité de la pluie mais pas du rayonnement solaire. Le chargement appliqué consiste en des blocs de béton imperméables de 350 kg, incrémentés de 30 kg chaque mois pendant 5 mois puis chaque jour, de sorte que la durée d'un essai ne dépasse jamais 7 mois. On parle ainsi d'essais de fluage multi-paliers. 18 essais ont été réalisés : 6 en hiver et 12 en été.

Les poutres étant entaillées, ces essais impliquent du fluage et de la fissuration, le but premier de cette campagne expérimentale étant d'observer et analyser le couplage entre ces deux processus physiques pour des teneurs en eau initiales variables.

<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>Fig. 1 : Photo de trois poutres chargées en fluage multi-paliers.</figcaption></figure>

## Analyse de la complaisance et estimation d'un $k_{def}$

Des capteurs LVDT mesurent la flèche centrale au cours de ces essais, et une méthode de suivi de marqueurs mesure les propagations de fissure et les retrait-gonflements (Bontemps et al. 2023). L'équation reliant la flèche centrale et la complaisance apparente découle de l'équation d'Euler-Bernoulli en théorie des poutres :

$$ \frac{d^2 u}{dx^2} = J^* \times \frac{M_z(x)}{I_z(x)} \qquad (1) $$

Avec $u$ la flèche, $x$ la variable dimensionnelle, $J^*$ la complaisance apparente, $M_z$ le moment fléchissant autour de l'axe $z$ et $I_z$ le moment quadratique autour de l'axe $z$. Un schéma du chargement en flexion 4 points d'une poutre entaillée est illustré en Fig. 2. L'évolution du moment fléchissant et d'éventuelles propagations de fissures y sont représentés : $C_{Lz}$, $C_{Hl}$, $C_{Lr}$, $C_{Hr}$ correspondent aux longueurs et hauteurs de fissures à gauche et à droite, respectivement.

<figure><img src="image_70.png" /><figcaption>Fig. 2 : Schéma d'une poutre entaillée chargée en flexion 4-points et subissant une propagation de fissure asymétrique.</figcaption></figure>
En considérant les propagations de fissure comme de simple réduction de hauteur, il est possible de les prendre en compte dans le calcul de flèche en actualisant la hauteur de la poutre dans le calcul de l'inertie $I_z$. Cette dernière devient dépendante de $x$. Dans ce travail l'équation (1) est résolue par approximation à l'aide de la méthode des différences finies. La complaisance apparente ainsi obtenue $J^*(t) = \varepsilon(t)/\sigma(t)$, avec $\varepsilon$ et $\sigma$ respectivement la déformation normale et la contrainte normale, ne correspond pas à la complaisance réelle $J$ définit dans l'équation :

$$ \varepsilon(t) = J(t) \cdot \sigma_0 + \sum_{i=1}^{N} J(t - t_i) \Delta \sigma_i \quad (2) $$

Dans le cas d'un chargement complexe, comme c'est le cas en construction ou en chargement multi-paliers, cette complaisance $J$ doit être modélisée. Les seules complaisances calculables par des mesures sont la complaisance apparente $J^*$ et $J^{**} = \varepsilon(t)/\sigma_0$. Toutefois, $J^*$ est inférieure à la complaisance réelle car le temps écoulé entre chaque incrément de charge est plus faible que le temps écoulé depuis le début de l'essai, or le fluage ralentit au moins jusqu'à la fin de la phase 2 (Granello et Palermo 2019). A l'inverse, $J^{**}$ est supérieure à $J$ car la contrainte réelle est supérieure à $\sigma_0$ en fluage multi-paliers. Il vient l'inégalité suivante :

$$ J^*(t) < J(t) < J^{**}(t) \quad (3) $$

La loi de comportement viscoélastique d'un bois en fluage, décrivant la complaisance $J$, peut être représentée par des modèles rhéologiques (Bardet 2001), des lois puissances ou des relations linéaires entre complaisance et logarithme du temps (Holzer et al. 1989). Cette dernière représentation est choisie ici. Une évolution logarithmique de la complaisance est en accord avec des résultats expérimentaux à long terme (Hunt 2004) :

$$ J_m(t) = J_0 \left( 1 + \beta \log \left( \frac{t}{\alpha} \right) \right) \quad (4) $$

La complaisance apparente peut-être estimée par :

$$ J_m^*(t) = \frac{\varepsilon_m(t)}{\sigma(t)} = \frac{J_m(t) \cdot \sigma_0 + \sum_i J_m(t - t_i) \cdot \Delta \sigma_i}{\sigma_0 + \sum_i \Delta \sigma_i} \quad (5) $$

Les paramètres $\alpha$ et $\beta$ sont ajustés en minimisant l'erreur entre $J^*$ expérimental et $J_m^*$. A partir de là, $k_{def}$ peut être estimé par $k_{def} = \beta \left( \log \left( \frac{t}{\alpha} \right) \right)$.

## Résultats et discussion

En Fig. 3a sont représentées les évolutions de $J^*$ et $J_m^*$ pour une poutre chargée en été. Bien qu'approximatif, le modèle de complaisance suit la même évolution que les mesures expérimentales. En Fig. 3b est représentée l'évolution du $k_{def}$ modélisé et il est comparé à la complaisance relative expérimentale $J_{rel}^*(t) = (J^*(t) - J_0)/J_0$.

En Fig. 4 est représentée le $k_{def}$ estimé maximal atteint en fonction de la teneur en eau initiale pour les 18 poutres chargées en fluage. En théorie, une haute teneur en eau initiale accélère le fluage. La corrélation est mauvaise ($R^2 = 0,2$) bien que visible. Dans cette situation, le $k_{def}$ proposé par l'Eurocode 5 est fixé à 3. La figure montre que celui-ci n'a jamais cette valeur, suggérant un surdimensionnement notamment pour le bois vert.
En considérant les propagations de fissure comme de simple réduction de hauteur, il est possible de les prendre en compte dans le calcul de flèche en actualisant la hauteur de la poutre dans le calcul de l'inertie $I_z$. Cette dernière devient dépendante de $x$. Dans ce travail l'équation (1) est résolue par approximation à l'aide de la méthode des différences finies. La complaisance apparente ainsi obtenue $J^*(t) = \varepsilon(t)/\sigma(t)$, avec $\varepsilon$ et $\sigma$ respectivement la déformation normale et la contrainte normale, ne correspond pas à la complaisance réelle $J$ définit dans l'équation :

$$ \varepsilon(t) = J(t) \cdot \sigma_0 + \sum_{i=1}^{N} J(t - t_i) \Delta \sigma_i \quad (2) $$

Dans le cas d'un chargement complexe, comme c'est le cas en construction ou en chargement multi-paliers, cette complaisance $J$ doit être modélisée. Les seules complaisances calculables par des mesures sont la complaisance apparente $J^*$ et $J^{**} = \varepsilon(t)/\sigma_0$. Toutefois, $J^*$ est inférieure à la complaisance réelle car le temps écoulé entre chaque incrément de charge est plus faible que le temps écoulé depuis le début de l'essai, or le fluage ralentit au moins jusqu'à la fin de la phase 2 (Granello et Palermo 2019). A l'inverse, $J^{**}$ est supérieure à $J$ car la contrainte réelle est supérieure à $\sigma_0$ en fluage multi-paliers. Il vient l'inégalité suivante :

$$ J^*(t) < J(t) < J^{**}(t) \quad (3) $$

La loi de comportement viscoélastique d'un bois en fluage, décrivant la complaisance $J$, peut être représentée par des modèles rhéologiques (Bardet 2001), des lois puissances ou des relations linéaires entre complaisance et logarithme du temps (Holzer et al. 1989). Cette dernière représentation est choisie ici. Une évolution logarithmique de la complaisance est en accord avec des résultats expérimentaux à long terme (Hunt 2004) :

$$ J_m(t) = J_0 \left( 1 + \beta \log \left( \frac{t}{\alpha} \right) \right) \quad (4) $$

La complaisance apparente peut-être estimée par :

$$ J_m^*(t) = \frac{\varepsilon_m(t)}{\sigma(t)} = \frac{J_m(t) \cdot \sigma_0 + \sum_i J_m(t - t_i) \cdot \Delta \sigma_i}{\sigma_0 + \sum_i \Delta \sigma_i} \quad (5) $$

Les paramètres $\alpha$ et $\beta$ sont ajustés en minimisant l'erreur entre $J^*$ expérimental et $J_m^*$. A partir de là, $k_{def}$ peut être estimé par $k_{def} = \beta \left( \log \left( \frac{t}{\alpha} \right) \right)$.

## Résultats et discussion

En Fig. 3a sont représentées les évolutions de $J^*$ et $J_m^*$ pour une poutre chargée en été. Bien qu'approximatif, le modèle de complaisance suit la même évolution que les mesures expérimentales. En Fig. 3b est représentée l'évolution du $k_{def}$ modélisé et il est comparé à la complaisance relative expérimentale $J_{rel}^*(t) = (J^*(t) - J_0)/J_0$.

En Fig. 4 est représentée le $k_{def}$ estimé maximal atteint en fonction de la teneur en eau initiale pour les 18 poutres chargées en fluage. En théorie, une haute teneur en eau initiale accélère le fluage. La corrélation est mauvaise ($R^2 = 0,2$) bien que visible. Dans cette situation, le $k_{def}$ proposé par l'Eurocode 5 est fixé à 3. La figure montre que celui-ci n'a jamais cette valeur, suggérant un surdimensionnement notamment pour le bois vert.
<figure><img src="image_70.png" /><figcaption>Fig. 3 : Pour une poutre, résultats de (a) la complaisance expérimentale et modélisée en fonction du temps écoulé ; (b) le $k_{def}$ estimé et la complaisance relative expérimentale.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>Fig. 4 : Evolution du $k$ en fonction de la teneur en eau initiale des poutres $MC_0$.</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Cet article propose une estimation du $k_{def}$ pour des essais de fluage à chargement complexe et impliquant une propagation de fissure asymétrique. La méthode est appliquée à une campagne d'essais de fluage multi-paliers sur des poutres entaillées en dimensions d'emploi, en environnement extérieur et chargées à différentes teneurs en eau initiales.

La modélisation montre une bonne cohérence avec les mesures expérimentales et les $k_{def}$ finaux obtenus sont tracés en fonction de la teneur en eau initiale de l'essai. La corrélation est mauvaise mais de nombreux autres facteurs influent sur le fluage (angle de fil, exposition au soleil ...). Il est notamment intéressant d'observer que les $k_{def}$ obtenus sont toujours inférieurs à ceux proposés par l'Eurocode 5, encore plus pour des bois à haute teneur en eau initiale fortement pénalisés par cette norme.

## Remerciements

Les auteurs remercient la région Auvergne Rhône-Alpes pour la bourse CPER et les fonds du programme Hub-Innovergne de l'Université Clermont Auvergne.
<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>Fig. 3 : Pour une poutre, résultats de (a) la complaisance expérimentale et modélisée en fonction du temps écoulé ; (b) le $k_{def}$ estimé et la complaisance relative expérimentale.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_72.png" /><figcaption>Fig. 4 : Evolution du $k$ en fonction de la teneur en eau initiale des poutres $MC_0$.</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

Cet article propose une estimation du $k_{def}$ pour des essais de fluage à chargement complexe et impliquant une propagation de fissure asymétrique. La méthode est appliquée à une campagne d'essais de fluage multi-paliers sur des poutres entaillées en dimensions d'emploi, en environnement extérieur et chargées à différentes teneurs en eau initiales.

La modélisation montre une bonne cohérence avec les mesures expérimentales et les $k_{def}$ finaux obtenus sont tracés en fonction de la teneur en eau initiale de l'essai. La corrélation est mauvaise mais de nombreux autres facteurs influent sur le fluage (angle de fil, exposition au soleil ...). Il est notamment intéressant d'observer que les $k_{def}$ obtenus sont toujours inférieurs à ceux proposés par l'Eurocode 5, encore plus pour des bois à haute teneur en eau initiale fortement pénalisés par cette norme.

## Remerciements

Les auteurs remercient la région Auvergne Rhône-Alpes pour la bourse CPER et les fonds du programme Hub-Innovergne de l'Université Clermont Auvergne.
Références

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

Bardet S (2001). Comportement thermoviscoélastique transverse du bois humide : application
à une essence tropicale dense, thèse de doctorat, Université de Montpellier, 232 p.

Bontemps A (2023). Comportement mécanique des éléments de structure en bois de sapin pectiné soumis à un environnement variable., thèse de doctorat, Université Clermont Auvergne, 263 p.

Bontemps A, Godi G, Fournely E, Moutou-Pitti R, Gril J (2023). Implementation of an optical measurement method for monitoring mechanical behaviour, Experimental Techniques.

Granello G, Palermo A (2019). Creep in timber: research overview and comparison between
code provisions. New Zealand Timber Design Journal. 27(1). 6-22.

Holzer M. S, Loferski R. J, Dillard A. D (1989), A review of creep in wood: concepts relevant to develop long-term behavior predictions for wood structures, Wood and Fiber Science, 21(4), 376-392 pp.

Hunt D. G. (2004) The prediction of long-time viscoelastic creep from short-time date, Wood Science and Technology, 38: 479-492.

Jockwer R, Steiger R, Frangi A (2014). State of the art review of approaches for the design of timber beams with notches, Journal of Structural Engineering, 140(3), 04013068 (13 pp.).

Morlier P et al. (2007). Creep in Timber Structures. RILEM report 8.
Références

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

Bardet S (2001). Comportement thermoviscoélastique transverse du bois humide : application
à une essence tropicale dense, thèse de doctorat, Université de Montpellier, 232 p.

Bontemps A (2023). Comportement mécanique des éléments de structure en bois de sapin pectiné soumis à un environnement variable., thèse de doctorat, Université Clermont Auvergne, 263 p.

Bontemps A, Godi G, Fournely E, Moutou-Pitti R, Gril J (2023). Implementation of an optical measurement method for monitoring mechanical behaviour, Experimental Techniques.

Granello G, Palermo A (2019). Creep in timber: research overview and comparison between
code provisions. New Zealand Timber Design Journal. 27(1). 6-22.

Holzer M. S, Loferski R. J, Dillard A. D (1989), A review of creep in wood: concepts relevant to develop long-term behavior predictions for wood structures, Wood and Fiber Science, 21(4), 376-392 pp.

Hunt D. G. (2004) The prediction of long-time viscoelastic creep from short-time date, Wood Science and Technology, 38: 479-492.

Jockwer R, Steiger R, Frangi A (2014). State of the art review of approaches for the design of timber beams with notches, Journal of Structural Engineering, 140(3), 04013068 (13 pp.).

Morlier P et al. (2007). Creep in Timber Structures. RILEM report 8.
# Approche multi-échelles d'un procédé de recyclage du MDF par voie biologique

**TROILO Sarah**¹,², **BESSERER Arnaud**¹, **SOUFFLET Lucas**³, **SAKER Safwan**³, **BROSSE Nicolas**¹

¹LERMAB, Université de Lorraine, INRAE, GP4W F54000 Nancy, France

²CF2P, Zi Tertre Landry, 70200 Lure, France

³CRITT Bois, 27 rue Philippe Séguin, 88000 Epinal

sarah.troilo@univ-lorraine.fr

**Mots clefs** : déchets bois, recyclage, explosion à la vapeur, MDF, panneaux de particules, effluents

## Contexte et objectifs

Au cours des dernières décennies, les habitudes de consommation des ménages ont fortement évolué. Une étude publiée par l'INSEE (Institut National de la Statistique et d'Études Économiques) montre qu'entre 1960 et 2009, les volumes de consommations ont été multipliés par trois. Dans le même temps, la durée de vie des meubles d'intérieur a diminué.

Les tendances actuelles de consommation conduisent à des volumes toujours plus importants de déchets bois qui peuvent constituer une matière première pour la production en cascade de nouveaux produits (Besserer et al. 2021). Dans ce contexte, une filière de responsabilité élargie de producteurs (REP) pour la gestion des déchets d'éléments d'ameublement (DEA) a été créée en 2012 (Ecologic 2017, Légifrance 2012). Depuis 2017, deux éco-organismes, Ecomaison et Valdelia sont chargés de la collecte et du traitement des DEA en France.

Parmi les produits manufacturés à base de bois, les panneaux de fibres de densité moyenne (MDF) sont utilisés depuis 1965 pour produire un stock de base pour l'industrie de l'ameublement (Suchsland 1987). Entre 2000 et 2020, la production mondiale de panneaux de fibres a été multipliée par quatre et depuis 2012, la production mondiale est supérieure à 100 millions m³ (FAOSTAT 2023). Pour le MDF, le volume de déchets générés au cours des cinq dernières années dans le monde est estimé à 220 millions m³ et est en constante augmentation (Irle et al 2019).

Contrairement aux autres déchets bois, il n'existe pas de processus à l'échelle industrielle pour la récupération ou le recyclage du MDF et la plupart des panneaux sont actuellement incinérés ou mis en décharge. Le MDF contient de la résine urée-formaldéhyde (UF) qui pose des problèmes de recyclage à plusieurs niveaux. La mauvaise gestion de la fin de vie des panneaux MDF a un impact environnemental négatif puisque des polluants peuvent être libérés dans l'environnement (Lee et al. 2014).

Le problème du recyclage du MDF constitue un enjeu majeur pour l'industrie de l'ameublement. L'objectif de mes travaux décrit dans ce résumé est de développer un procédé global de recyclage du MDF intégrant une élimination de la résine UF par le procédé d'explosion à la vapeur couplé à une détoxification par voie biologique des effluents liquides riches en formaldéhyde générés par le procédé.
# Approche multi-échelles d'un procédé de recyclage du MDF par voie biologique

**TROILO Sarah**¹,², **BESSERER Arnaud**¹, **SOUFFLET Lucas**³, **SAKER Safwan**³, **BROSSE Nicolas**¹

¹LERMAB, Université de Lorraine, INRAE, GP4W F54000 Nancy, France

²CF2P, Zi Tertre Landry, 70200 Lure, France

³CRITT Bois, 27 rue Philippe Séguin, 88000 Epinal

sarah.troilo@univ-lorraine.fr

**Mots clefs** : déchets bois, recyclage, explosion à la vapeur, MDF, panneaux de particules, effluents

## Contexte et objectifs

Au cours des dernières décennies, les habitudes de consommation des ménages ont fortement évolué. Une étude publiée par l'INSEE (Institut National de la Statistique et d'Études Économiques) montre qu'entre 1960 et 2009, les volumes de consommations ont été multipliés par trois. Dans le même temps, la durée de vie des meubles d'intérieur a diminué.

Les tendances actuelles de consommation conduisent à des volumes toujours plus importants de déchets bois qui peuvent constituer une matière première pour la production en cascade de nouveaux produits (Besserer et al. 2021). Dans ce contexte, une filière de responsabilité élargie de producteurs (REP) pour la gestion des déchets d'éléments d'ameublement (DEA) a été créée en 2012 (Ecologic 2017, Légifrance 2012). Depuis 2017, deux éco-organismes, Ecomaison et Valdelia sont chargés de la collecte et du traitement des DEA en France.

Parmi les produits manufacturés à base de bois, les panneaux de fibres de densité moyenne (MDF) sont utilisés depuis 1965 pour produire un stock de base pour l'industrie de l'ameublement (Suchsland 1987). Entre 2000 et 2020, la production mondiale de panneaux de fibres a été multipliée par quatre et depuis 2012, la production mondiale est supérieure à 100 millions m³ (FAOSTAT 2023). Pour le MDF, le volume de déchets générés au cours des cinq dernières années dans le monde est estimé à 220 millions m³ et est en constante augmentation (Irle et al 2019).

Contrairement aux autres déchets bois, il n'existe pas de processus à l'échelle industrielle pour la récupération ou le recyclage du MDF et la plupart des panneaux sont actuellement incinérés ou mis en décharge. Le MDF contient de la résine urée-formaldéhyde (UF) qui pose des problèmes de recyclage à plusieurs niveaux. La mauvaise gestion de la fin de vie des panneaux MDF a un impact environnemental négatif puisque des polluants peuvent être libérés dans l'environnement (Lee et al. 2014).

Le problème du recyclage du MDF constitue un enjeu majeur pour l'industrie de l'ameublement. L'objectif de mes travaux décrit dans ce résumé est de développer un procédé global de recyclage du MDF intégrant une élimination de la résine UF par le procédé d'explosion à la vapeur couplé à une détoxification par voie biologique des effluents liquides riches en formaldéhyde générés par le procédé.
# Matériel et méthode

## Traitement par explosion à la vapeur

Les essais ont été réalisés sur un panneau MDF de référence (EGGER Brilon Gmbh & Co, Allemagne), découpé en cubes de 20 mm de côté pour obtenir des échantillons de taille comparable aux panneaux broyés à l'échelle industrielle et utilisés pour la fabrication de nouveaux panneaux.

Les cubes de MDF ont été traités sur un pilote d'explosion à la vapeur à l'échelle laboratoire de niveau de maturité TRL4 du LERMAB à 190 °C pendant 5, 10 et 20 minutes. En sortie du pilote, un mélange de fibres et d'effluents a été récupéré et séparé afin que chaque composé soit traité individuellement.

## Spectroscopie proche infrarouge (SPIR)

Les mesures ont été réalisées sur un spectromètre Perkin Elmer (États-Unis) équipé d'un détecteur IngaAs et d'un séparateur de faisceau CaF₂. Pour chaque condition, trois échantillons de 5 g ont été analysés et pour chaque échantillon cinq spectres ont été enregistrés de 10 000 à 4 000 cm⁻¹ avec une résolution de 2 cm⁻¹.

## Microscopie corrélatifve (CLEM)

Des analyses in situ ont été réalisées avec les équipements disponibles sur la plateforme Silvatech de l'INRAE de Champenoux. Le suivi de l'élimination de la résine sur les fibres a été effectué par microscopie corrélatifve. Cette technique permet l'observation de la même zone d'un échantillon en fluorescence et en microscopie électronique grâce au couplage d'un microscope confocal (CLSM) et d'un microscope électronique à balayage (MEB).

## Fabrication de panneaux de particules

La recette de fabrication des panneaux de particules a été optimisée à l'échelle laboratoire afin d'obtenir un panneau de qualité P2 (NF EN 312). Les fibres dépolluées, issues du traitement par explosion à la vapeur du MDF ont été incorporées dans la fabrication des panneaux de particules. Les propriétés mécaniques des panneaux et les émissions de formaldéhyde ont ensuite été évaluées d'après les normes NF EN 319 et NF EN 120.

## Bioremédiation des effluents liquides issus de l'explosion à la vapeur du MDF

Lors de l'explosion à la vapeur, les composés de la résine UF sont hydrolysés et piégés en partie dans les effluents liquides qui contiennent alors des polluants et notamment du formaldéhyde. Ils doivent donc être dépollués.

Dans un premier temps, les effluents ont été caractérisés par différentes techniques. Le formaldéhyde a été quantifié par HPLC, l'azote par la méthode Kjeldahl et les sucres par la méthode du DNS (acide 3,5-dinitrosalicylique).

Dans un deuxième temps, le potentiel d'un champignon à dégrader le formaldéhyde a été étudié. Les cultures ont été réalisées sur un milieu à base d'infusion de pommes de terre PDB (Potato Dextrose Broth), en erlenmeyer à 28 °C sous une agitation de 100 rpm (Incubator Shaker Series Innova 44, diamètre de l'orbite 2,5 cm, New Brunswick, Eppendorf, Allemagne).

Dans un troisième temps, les conditions de bioremédiation des effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF par ce champignon ont été adaptées en erlenmeyer puis en bioréacteur à 28°C, 80 % d'oxygène et une agitation de 200 rpm (Global Process Concept, Pro-Lab 2/3L, France).
# Matériel et méthode

## Traitement par explosion à la vapeur

Les essais ont été réalisés sur un panneau MDF de référence (EGGER Brilon Gmbh & Co, Allemagne), découpé en cubes de 20 mm de côté pour obtenir des échantillons de taille comparable aux panneaux broyés à l'échelle industrielle et utilisés pour la fabrication de nouveaux panneaux.

Les cubes de MDF ont été traités sur un pilote d'explosion à la vapeur à l'échelle laboratoire de niveau de maturité TRL4 du LERMAB à 190 °C pendant 5, 10 et 20 minutes. En sortie du pilote, un mélange de fibres et d'effluents a été récupéré et séparé afin que chaque composé soit traité individuellement.

## Spectroscopie proche infrarouge (SPIR)

Les mesures ont été réalisées sur un spectromètre Perkin Elmer (États-Unis) équipé d'un détecteur IngaAs et d'un séparateur de faisceau CaF₂. Pour chaque condition, trois échantillons de 5 g ont été analysés et pour chaque échantillon cinq spectres ont été enregistrés de 10 000 à 4 000 cm⁻¹ avec une résolution de 2 cm⁻¹.

## Microscopie corrélatifve (CLEM)

Des analyses in situ ont été réalisées avec les équipements disponibles sur la plateforme Silvatech de l'INRAE de Champenoux. Le suivi de l'élimination de la résine sur les fibres a été effectué par microscopie corrélatifve. Cette technique permet l'observation de la même zone d'un échantillon en fluorescence et en microscopie électronique grâce au couplage d'un microscope confocal (CLSM) et d'un microscope électronique à balayage (MEB).

## Fabrication de panneaux de particules

La recette de fabrication des panneaux de particules a été optimisée à l'échelle laboratoire afin d'obtenir un panneau de qualité P2 (NF EN 312). Les fibres dépolluées, issues du traitement par explosion à la vapeur du MDF ont été incorporées dans la fabrication des panneaux de particules. Les propriétés mécaniques des panneaux et les émissions de formaldéhyde ont ensuite été évaluées d'après les normes NF EN 319 et NF EN 120.

## Bioremédiation des effluents liquides issus de l'explosion à la vapeur du MDF

Lors de l'explosion à la vapeur, les composés de la résine UF sont hydrolysés et piégés en partie dans les effluents liquides qui contiennent alors des polluants et notamment du formaldéhyde. Ils doivent donc être dépollués.

Dans un premier temps, les effluents ont été caractérisés par différentes techniques. Le formaldéhyde a été quantifié par HPLC, l'azote par la méthode Kjeldahl et les sucres par la méthode du DNS (acide 3,5-dinitrosalicylique).

Dans un deuxième temps, le potentiel d'un champignon à dégrader le formaldéhyde a été étudié. Les cultures ont été réalisées sur un milieu à base d'infusion de pommes de terre PDB (Potato Dextrose Broth), en erlenmeyer à 28 °C sous une agitation de 100 rpm (Incubator Shaker Series Innova 44, diamètre de l'orbite 2,5 cm, New Brunswick, Eppendorf, Allemagne).

Dans un troisième temps, les conditions de bioremédiation des effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF par ce champignon ont été adaptées en erlenmeyer puis en bioréacteur à 28°C, 80 % d'oxygène et une agitation de 200 rpm (Global Process Concept, Pro-Lab 2/3L, France).
# Résultats et discussion

## Hydrolyse de la résine UF et fragmentation du MDF grâce à un traitement par explosion à la vapeur

Des outils de contrôle ont été mis en place afin d'évaluer l'impact du traitement par explosion à la vapeur sur les fibres de MDF. Des analyses globales ont montré une diminution de la teneur en formaldéhyde comprise entre 93 et 97 % et une élimination de l'azote de 80 %. De plus, le MDF a été totalement fragmenté après le traitement.

L'analyse des données issues de la SPIR a présenté un fort potentiel d'une part pour distinguer le MDF des fibres traitées et dépolluées et d'autre part a permis de valider la diminution de la résine après traitement. Une analyse en composantes principales (ACP) a été réalisée sur les spectres de la dérivée seconde. Une étude préliminaire a montré que la zone d'intérêt se situe entre 5500 et 4570 cm⁻¹ et que les bandes à 5070 et 4978 cm⁻¹ peuvent être utilisées comme un marqueur de la résine UF. Une analyse SPIR a alors été réalisée sur des fibres traitées à 190 °C pendant 5, 10 ou 20 minutes afin d'étudier l'influence du temps de traitement sur l'homogénéité du traitement par explosion à la vapeur. Le tracé de la région spectrale d'intérêt (Fig. 1A) a montré une diminution de l'amplitude des bandes attribuées aux marqueurs de la résine UF dans tous les échantillons traités par explosion à la vapeur et une diminution de la variabilité intra-échantillon lorsque le temps de séjour dans le réacteur est augmenté. Le tracé des composantes 2 et 3 de l'ACP (Fig. 1B) a confirmé les tendances observées sur les spectres de la dérivée seconde (Fig. 1A).

<figure><img src="image_72.png" /><figcaption>Fig. 1 : Contrôle des effets de l'explosion à la vapeur sur les fibres de MDF. A) Dérivées secondes moyennes et B) ACP des spectres IR pris sur du MDF (bleu), des fibres non encollées (violet), fibres traitées par un traitement hydrothermal (vert), fibres traitées par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 5 min (noir), 10 min (jaune) et 20 min (rouge). Les dérivées secondes moyennes ont été calculées entre 5500 et 4570 cm⁻¹ (n = 15). Les composantes 2 et 3 sont représentées sur le graphe.</figcaption></figure>

La SPIR a permis de distinguer les échantillons en groupes, en fonction des conditions de traitement. Les fibres traitées par le traitement hydrothermal sont les plus proches des fibres non encollées et les fibres traitées par explosion à la vapeur se situent entre les fibres encollées (MDF) et les fibres issues du traitement hydrothermal témoin. Les fibres traitées par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 10 et 20 minutes ne sont pas discriminées. La forte dispersion des fibres traitées par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 5 minutes reflète la grande variabilité du traitement. Il est intéressant de noter que la variabilité de l'échantillon (ellipses de l'intervalle de confiance à 95 %) diminue avec l'augmentation du temps de séjour dans le réacteur. Plus l'ellipse est petite, plus le traitement est homogène. Ainsi, l'augmentation du temps de séjour de 5 à 10 minutes a permis d'améliorer l'homogénéité du traitement sans diminuer l'efficacité de l'hydrolyse de la résine UF.
Résultats et discussion

Hydrolyse de la résine UF et fragmentation du MDF grâce à un traitement par explosion à la vapeur

Des outils de contrôle ont été mis en place afin d'évaluer l'impact du traitement par explosion à la vapeur sur les fibres de MDF. Des analyses globales ont montré une diminution de la teneur en formaldéhyde comprise entre 93 et 97 % et une élimination de l'azote de 80 %. De plus, le MDF a été totalement fragmenté après le traitement.

L'analyse des données issues de la SPIR a présenté un fort potentiel d'une part pour distinguer le MDF des fibres traitées et dépolluées et d'autre part a permis de valider la diminution de la résine après traitement. Une analyse en composantes principales (ACP) a été réalisée sur les spectres de la dérivée seconde. Une étude préliminaire a montré que la zone d'intérêt se situe entre 5500 et 4570 cm⁻¹ et que les bandes à 5070 et 4978 cm⁻¹ peuvent être utilisées comme un marqueur de la résine UF. Une analyse SPIR a alors été réalisée sur des fibres traitées à 190 °C pendant 5, 10 ou 20 minutes afin d'étudier l'influence du temps de traitement sur l'homogénéité du traitement par explosion à la vapeur. Le tracé de la région spectrale d'intérêt (Fig. 1A) a montré une diminution de l'amplitude des bandes attribuées aux marqueurs de la résine UF dans tous les échantillons traités par explosion à la vapeur et une diminution de la variabilité intra-échantillon lorsque le temps de séjour dans le réacteur est augmenté. Le tracé des composantes 2 et 3 de l'ACP (Fig. 1B) a confirmé les tendances observées sur les spectres de la dérivée seconde (Fig. 1A).

<figure><img src="image_73.png" /><figcaption>Fig. 1 : Contrôle des effets de l'explosion à la vapeur sur les fibres de MDF. A) Dérivées secondes moyennes et B) ACP des spectres IR pris sur du MDF (bleu), des fibres non encollées (violet), fibres traitées par un traitement hydrothermal (vert), fibres traitées par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 5 min (noir), 10 min (jaune) et 20 min (rouge). Les dérivées secondes moyennes ont été calculées entre 5500 et 4570 cm⁻¹ (n = 15). Les composantes 2 et 3 sont représentées sur le graphe.</figcaption></figure>

La SPIR a permis de distinguer les échantillons en groupes, en fonction des conditions de traitement. Les fibres traitées par le traitement hydrothermal sont les plus proches des fibres non encollées et les fibres traitées par explosion à la vapeur se situent entre les fibres encollées (MDF) et les fibres issues du traitement hydrothermal témoin. Les fibres traitées par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 10 et 20 minutes ne sont pas discriminées. La forte dispersion des fibres traitées par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 5 minutes reflète la grande variabilité du traitement. Il est intéressant de noter que la variabilité de l'échantillon (ellipses de l'intervalle de confiance à 95 %) diminue avec l'augmentation du temps de séjour dans le réacteur. Plus l'ellipse est petite, plus le traitement est homogène. Ainsi, l'augmentation du temps de séjour de 5 à 10 minutes a permis d'améliorer l'homogénéité du traitement sans diminuer l'efficacité de l'hydrolyse de la résine UF.
Le traitement par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 10 minutes a donc permis d'obtenir un bon compromis entre le temps de séjour, l'homogénéité du traitement, l'élimination de la résine et la fragmentation du matériau.

Afin de déterminer plus précisément l'effet du traitement par explosion à la vapeur sur les fibres, des observations au microscope ont été réalisées. Les fibres ont d'abord été observées au microscope confocal à fluorescence CLSM (Fig. 2.1) afin de repérer les zones d'intérêt.

Des fibres non encollées et de la résine UF colorées à la safranine ont été observées afin de réaliser des spectres d'émission de fluorescence. Les maxima d'émission étant distincts, il est possible d'appliquer une déconvolution spectrale en tout pixel de l'image afin d'attribuer un signal à la résine (vert) et au bois (rouge). Les fibres de MDF (Fig. 2.A1) apparaissent en vert et en rouge et indiquant la colocalisation de la résine et du bois. Cela valide ainsi la méthodologie. De plus, l'analyse in situ fait apparaître une répartition hétérogène de la résine sur les fibres. Les fibres traitées par explosion à la vapeur (Fig. 2.B1), sont caractérisées par une forte diminution de la fluorescence liée à la résine. Après observation des fibres au microscope électronique à balayage (Fig. 2.2), la microscopie corrélative (Fig. 2.3) a permis de confirmer la localisation de l'azote dans les zones vertes par microanalyse de spectroscopie de rayons X à dispersion de longueur d'onde (WDS).

<figure><img src="image_73.png" /><figcaption>Fig. 2 : De gauche à droite : CLSM (intensité de projection maximale), MEB et CLEM de A) les fibres de MDF et B) les fibres de MDF traitées par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 10 min, colorées à la safranine. Les pourcentages relatifs moyens d'azote de 15 acquisitions déterminées par WDS sur des pellets sont indiqués sur les images CLEM avec les intervalles de confiance à 95%.</figcaption></figure>

## Valorisation des fibres dépolluées dans de nouveaux panneaux

Les fibres dépolluées issues de l'explosion à la vapeur du MDF ont été incorporées dans le processus de fabrication des panneaux de particules. Les fibres issues de l'explosion à la vapeur du MDF ont été incorporées en couche intérieure, avec des copeaux de granulométrie élevée. En remplaçant 5% du bois par des fibres dépolluées, un panneau de qualité P2 a été obtenu, avec des propriétés mécaniques équivalentes à un panneau standard.

Afin d'incorporer les fibres dans les couches supérieures des panneaux de particules, des étapes de traitement supplémentaires sont indispensables. Les fibres doivent être individualisées à l'aide d'un flux d'air et tamisées dans le but de récupérer les fibres dont la longueur est proche de la granulométrie des copeaux des couches supérieures. Dans ces conditions, 5% des copeaux des couches supérieures peuvent être remplacés par des fibres dépolluées et tamisées.
Le traitement par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 10 minutes a donc permis d'obtenir un bon compromis entre le temps de séjour, l'homogénéité du traitement, l'élimination de la résine et la fragmentation du matériau.

Afin de déterminer plus précisément l'effet du traitement par explosion à la vapeur sur les fibres, des observations au microscope ont été réalisées. Les fibres ont d'abord été observées au microscope confocal à fluorescence CLSM (Fig. 2.1) afin de repérer les zones d'intérêt.

Des fibres non encollées et de la résine UF colorées à la safranine ont été observées afin de réaliser des spectres d'émission de fluorescence. Les maxima d'émission étant distincts, il est possible d'appliquer une déconvolution spectrale en tout pixel de l'image afin d'attribuer un signal à la résine (vert) et au bois (rouge). Les fibres de MDF (Fig. 2.A1) apparaissent en vert et en rouge et indiquant la colocalisation de la résine et du bois. Cela valide ainsi la méthodologie. De plus, l'analyse in situ fait apparaître une répartition hétérogène de la résine sur les fibres. Les fibres traitées par explosion à la vapeur (Fig. 2.B1), sont caractérisées par une forte diminution de la fluorescence liée à la résine. Après observation des fibres au microscope électronique à balayage (Fig. 2.2), la microscopie corrélative (Fig. 2.3) a permis de confirmer la localisation de l'azote dans les zones vertes par microanalyse de spectroscopie de rayons X à dispersion de longueur d'onde (WDS).

<figure><img src="image_74.png" /><figcaption>Fig. 2 : De gauche à droite : CLSM (intensité de projection maximale), MEB et CLEM de A) les fibres de MDF et B) les fibres de MDF traitées par explosion à la vapeur à 190 °C pendant 10 min, colorées à la safranine. Les pourcentages relatifs moyens d'azote de 15 acquisitions déterminées par WDS sur des pellets sont indiqués sur les images CLEM avec les intervalles de confiance à 95%.</figcaption></figure>

## Valorisation des fibres dépolluées dans de nouveaux panneaux

Les fibres dépolluées issues de l'explosion à la vapeur du MDF ont été incorporées dans le processus de fabrication des panneaux de particules. Les fibres issues de l'explosion à la vapeur du MDF ont été incorporées en couche intérieure, avec des copeaux de granulométrie élevée. En remplaçant 5% du bois par des fibres dépolluées, un panneau de qualité P2 a été obtenu, avec des propriétés mécaniques équivalentes à un panneau standard.

Afin d'incorporer les fibres dans les couches supérieures des panneaux de particules, des étapes de traitement supplémentaires sont indispensables. Les fibres doivent être individualisées à l'aide d'un flux d'air et tamisées dans le but de récupérer les fibres dont la longueur est proche de la granulométrie des copeaux des couches supérieures. Dans ces conditions, 5% des copeaux des couches supérieures peuvent être remplacés par des fibres dépolluées et tamisées.
Le traitement des déchets MDF par explosion à la vapeur et l'incorporation des fibres de MDF dans le procédé de fabrication des panneaux de particules a conduit au dépôt du brevet FR22-02263, Procédé et installation de traitements de déchets de panneaux de fibres de bois et panneaux fabriqués à partir de telles fibres recyclables. Il est en cours d'examen par l'Institut National de la Propriété Industrielle (INPI).

## Bioremédiation des effluents liquides issus de l'explosion à la vapeur du MDF

0,50 mg de formaldéhyde, 19,2 mg d'azote et 1,2 mg de sucres par gramme de MDF traité ont été mesurés dans les effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF. 48 % de l'azote et 3 % de formaldéhyde sont récupérés sous forme liquide. Le restant de l'azote et du formaldéhyde sont libérés dans les gaz. Les effluents ont un pH compris entre 8 et 9.

Un isolat de champignon T. atroviride SE a été isolé sur les effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF. Son potentiel de bioremédiation a été étudié. L'isolat a été capable de détoxifier des milieux PDB contenant des concentrations initiales de formaldéhyde de 400, 750, 1100, 1400, 1900 et 2400 mg.L⁻¹. L'augmentation du taux de formaldéhyde a engendré un décalage de la phase de sporulation. Le champignon a sporulé lorsque tout le formaldéhyde a été décontaminé dans le milieu de culture. Cet isolat présente donc un potentiel de bioremédiation. Afin de dépolluer les effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF, la culture de l'isolat a été optimisée en bioréacteur (Fig. 3).

<figure><img src="image_74.png" /></figure>

Fig. 3. Suivi de culture de T. atroviride SE en bioréacteur. Début de culture sur le milieu [effluents : eau] [25 : 75], PDB 2,4%, extrait de levure 2% et renouvellement du milieu à 2,6j par [effluents : eau] [90 : 10], PDB 2,4%, extrait de levure 2% A) Profils du pH et du potentiel redox, B) Détoxification du formaldéhyde et C) Viabilité de T. atroviride SE à 2,6 j, le champignon a été coloré avec du Syto 9 et observé sous un microscope à fluorescence.

La culture de l'isolat a été réalisée sur le milieu [effluents : eau] [25 : 75], supplémenté en PDB à 2,4% et en extrait de levure à 2%. La dilution des effluents et l'apport de nutriments ont
Le traitement des déchets MDF par explosion à la vapeur et l'incorporation des fibres de MDF dans le procédé de fabrication des panneaux de particules a conduit au dépôt du brevet FR22-02263, Procédé et installation de traitements de déchets de panneaux de fibres de bois et panneaux fabriqués à partir de telles fibres recyclables. Il est en cours d'examen par l'Institut National de la Propriété Industrielle (INPI).

## Bioremédiation des effluents liquides issus de l'explosion à la vapeur du MDF

0,50 mg de formaldéhyde, 19,2 mg d'azote et 1,2 mg de sucres par gramme de MDF traité ont été mesurés dans les effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF. 48 % de l'azote et 3 % de formaldéhyde sont récupérés sous forme liquide. Le restant de l'azote et du formaldéhyde sont libérés dans les gaz. Les effluents ont un pH compris entre 8 et 9.

Un isolat de champignon T. atroviride SE a été isolé sur les effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF. Son potentiel de bioremédiation a été étudié. L'isolat a été capable de détoxifier des milieux PDB contenant des concentrations initiales de formaldéhyde de 400, 750, 1100, 1400, 1900 et 2400 mg.L⁻¹. L'augmentation du taux de formaldéhyde a engendré un décalage de la phase de sporulation. Le champignon a sporulé lorsque tout le formaldéhyde a été décontaminé dans le milieu de culture. Cet isolat présente donc un potentiel de bioremédiation. Afin de dépolluer les effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF, la culture de l'isolat a été optimisée en bioréacteur (Fig. 3).

<figure><img src="image_75.png" /></figure>

Fig. 3. Suivi de culture de T. atroviride SE en bioréacteur. Début de culture sur le milieu [effluents : eau] [25 : 75], PDB 2,4%, extrait de levure 2% et renouvellement du milieu à 2,6j par [effluents : eau] [90 : 10], PDB 2,4%, extrait de levure 2% A) Profils du pH et du potentiel redox, B) Détoxification du formaldéhyde et C) Viabilité de T. atroviride SE à 2,6 j, le champignon a été coloré avec du Syto 9 et observé sous un microscope à fluorescence.

La culture de l'isolat a été réalisée sur le milieu [effluents : eau] [25 : 75], supplémenté en PDB à 2,4% et en extrait de levure à 2%. La dilution des effluents et l'apport de nutriments ont
permis au champignon de se développer. Après 62 heures de culture, la viabilité du champignon a été confirmée au microscope à fluorescence (Fig. 3C). Le mélange de colorants utilisé colore toutes les cellules en vert et les cellules mortes en rouge. Le milieu initial a alors été remplacé par le mélange [effluents : eau] [90 : 10] avec une concentration finale de PDB à 2,4 % et d'extrait de levure à 2 %. Les effluents dilués ont été remplacés par des effluents très peu dilués. Le formaldéhyde a été totalement dégradé après un jour de renouvellement du milieu.

Une augmentation de pH a été observée lors de la dégradation de formaldéhyde pour attendre un palier à chaque fois que le formaldéhyde est complétement éliminé du milieu, comme dans les cultures préliminaires réalisées sur du PDB. Dans ces conditions, la bioremédiation des effluents est possible et rapide. Cela suggère fortement que la souche de champignon nécessite une phase d'acclimatation sur les effluents d'explosion à la vapeur dilués afin d'en diminuer la toxicité. Il semble nécessaire d'induire une voie métabolique non constitutive chez le champignon.

## Conclusion et perspectives

L'objectif des travaux présentés était de développer un procédé global de recyclage du MDF. Un procédé de traitement du MDF a été optimisé afin de rendre les fibres recyclables en vue d'une future valorisation. L'explosion à la vapeur a permis de fragmenter le MDF et d'éliminer la résine UF présente sur les fibres (Troilo et al. 2023). Les fibres dépolluées ont été incorporées dans la fabrication des panneaux de particules. En ajoutant 5 % de fibres, il est possible de fabriquer un panneau de qualité P2. Finalement, les effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF ont été traités par voie biologique, grâce à l'action de l'isolat.

## Remerciements

Les auteurs remercient l'ANRT, la CF2P et Ecomaison.

## Références

- Besserer A, Troilo S, Girods P, Rogaume Y, Brosse N (2021) Cascading Recycling of Wood Waste: A Review. Polymers 13, 1752.

- Ecologic (2017) Guide pratique, mise en oeuvre de la REP, DEA, DEEE.

- FAOSTAT (2023) Forestry Production and Trade.

- Irle M, Privat F, Couret L, Belloncle C, Déroubaix G, Bonnin E, Cathala B (2019) Advanced recycling of post-consumer solid wood and MDF. Wood Material Science & Engineering 14.

- Lee M, Prewitt L, Mun S.P (2014) Formaldehyde Release from Medium Density Fiberboard in Simulated Landfills for Recycling. Journal of the Korean Wood Science and Technology 42, 597-604.

- Légifrance (2012) Décret n° 2012-22 du 6 janvier 2012 relatif à la gestion des déchets d'éléments d'ameublement, 2012-22.

- Suchsland O (1987) Fiberboard Manufacturing Practices in the United States. U.S. Department of Agriculture, Forest Service.

- Troilo S, Besserer A, Rose C, Saker S, Soufflet L, Brosse N (2023) Urea-Formaldehyde Resin Removal in Medium-Density Fiberboards by Steam Explosion: Developing Nondestructive Analytical Tools. ACS Sustainable Chem. Eng. 11, 3603-3610.
permis au champignon de se développer. Après 62 heures de culture, la viabilité du champignon a été confirmée au microscope à fluorescence (Fig. 3C). Le mélange de colorants utilisé colore toutes les cellules en vert et les cellules mortes en rouge. Le milieu initial a alors été remplacé par le mélange [effluents : eau] [90 : 10] avec une concentration finale de PDB à 2,4 % et d'extrait de levure à 2 %. Les effluents dilués ont été remplacés par des effluents très peu dilués. Le formaldéhyde a été totalement dégradé après un jour de renouvellement du milieu.

Une augmentation de pH a été observée lors de la dégradation de formaldéhyde pour attendre un palier à chaque fois que le formaldéhyde est complètement éliminé du milieu, comme dans les cultures préliminaires réalisées sur du PDB. Dans ces conditions, la bioremédiation des effluents est possible et rapide. Cela suggère fortement que la souche de champignon nécessite une phase d'acclimatation sur les effluents d'explosion à la vapeur dilués afin d'en diminuer la toxicité. Il semble nécessaire d'induire une voie métabolique non constitutive chez le champignon.

## Conclusion et perspectives

L'objectif des travaux présentés était de développer un procédé global de recyclage du MDF. Un procédé de traitement du MDF a été optimisé afin de rendre les fibres recyclables en vue d'une future valorisation. L'explosion à la vapeur a permis de fragmenter le MDF et d'éliminer la résine UF présente sur les fibres (Troilo et al. 2023). Les fibres dépolluées ont été incorporées dans la fabrication des panneaux de particules. En ajoutant 5 % de fibres, il est possible de fabriquer un panneau de qualité P2. Finalement, les effluents issus de l'explosion à la vapeur du MDF ont été traités par voie biologique, grâce à l'action de l'isolat.

## Remerciements

Les auteurs remercient l'ANRT, la CF2P et Ecomaison.

## Références

- Besserer A, Troilo S, Girods P, Rogaume Y, Brosse N (2021) Cascading Recycling of Wood Waste: A Review. Polymers 13, 1752.

- Ecologic (2017) Guide pratique, mise en oeuvre de la REP, DEA, DEEE.

- FAOSTAT (2023) Forestry Production and Trade.

- Irle M, Privat F, Couret L, Belloncle C, Déroubaix G, Bonnin E, Cathala B (2019) Advanced recycling of post-consumer solid wood and MDF. Wood Material Science & Engineering 14.

- Lee M, Prewitt L, Mun S.P (2014) Formaldehyde Release from Medium Density Fiberboard in Simulated Landfills for Recycling. Journal of the Korean Wood Science and Technology 42, 597-604.

- Légifrance (2012) Décret n° 2012-22 du 6 janvier 2012 relatif à la gestion des déchets d'éléments d'ameublement, 2012-22.

- Suchsland O (1987) Fiberboard Manufacturing Practices in the United States. U.S. Department of Agriculture, Forest Service.

- Troilo S, Besserer A, Rose C, Saker S, Soufflet L, Brosse N (2023) Urea-Formaldehyde Resin Removal in Medium-Density Fiberboards by Steam Explosion: Developing Nondestructive Analytical Tools. ACS Sustainable Chem. Eng. 11, 3603-3610.
# Mise au point d'un procédé d'impression 3D pour le recyclage des sciures de MDF

**RAMAUX Johan**<fnref n="1" />,<fnref n="2" />,<fnref n="3" />, **NOUVEL Cécile**<fnref n="2" />, **ZIEGLER-DEVIN Isabelle**<fnref n="3" />, **BESSERER Arnaud**<fnref n="3" />, **NOYEL Mélanie**<fnref n="1" />

**Mots clefs** : Impression 3D ; Recyclage ; Panneaux de Fibres de Densité Moyenne (MDF) ; Procédé ; Tomographie Rayons X

## Contexte et objectifs

La production de déchets bois et la tension sur la matière première pour les différents besoins de l'industrie sont en constante augmentation. La production de déchets bois a atteint 240 millions de mètres cubes en 2020 (FAO 2022). Par ailleurs, bien que diverses méthodes de valorisations existent, comme l'incorporation dans des composites thermoplastiques ou encore l'extraction de molécules à haute valeurs ajoutées, le réemploi de la ressource n'est pas total et nécessite la création de nouvelles filières de recyclage (Pandey 2022). Parmi les techniques de recyclage pour la création de composites plastiques à base de bois, une nouvelle technologie prometteuse est en train d'émerger : la fabrication additive (plus communément appelée impression 3D). L'impression 3D permet, en plus d'offrir des possibilités de création presque sans limites, de pouvoir utiliser une vaste source de matières premières, incluant l'utilisation de composites plastique/bois. Cette technique est donc un moyen peu couteux de réutiliser les déchets de biomasse tout en augmentant la valeur ajoutée de ces derniers et des polymères utilisés. C'est dans ce contexte, que l'entreprise Acta Mobilier (Monéteau, France) cherche à valoriser des déchets de panneaux de fibres de densité moyenne (MDF). Ces sciures sont présentes en grandes quantités (environ 68 t par an). La volonté de l'entreprise est donc de pouvoir recycler ses sciures de MDF en utilisant l'impression 3D pour la création de nouveaux produits à haute valeur ajoutée. Afin de rendre ce nouveau procédé viable et industrialisable, de nombreux verrous restent encore à lever. Parmi eux, la formulation du composite afin de mieux comprendre son comportement et son imprimabilité.

## Matériels et méthodes

### Fibres de MDF utilisées

Les fibres de MDF utilisées sont les déchets d'usinage récupérés chez Acta Mobilier. Afin de ne pas boucher la buse de l'imprimante 3D (diamètre de 0.4 à 0.8 mm) les sciures ont au préalable été tamisées à 300 µm. Cette fraction correspond à plus de 90% de la masse totale de déchet MDF. Par ailleurs, une analyse granulométrique (Malvern 3000, Malvern Panalytical) a permis de montrer que leur taille moyenne (D50) est de 100 µm. Les sciures ont une humidité relative de 5%.

### Fabrication des composites

A l'aide d'une extrudeuse bi-vis (Thermo Scientific, PTW24), différents lots de composites ont été fabriqués en mélangeant le MDF à l'acide polylactique (PLA). Le PLA est amené dans l'extrudeuse par un débitmètre volumique calibré alors que les fibres de MDF sont amenées par

<footnote n="1">¹Acta Mobilier, 7 Rue de Madrid, 89470 MONETEAU</footnote>

<footnote n="2">²Université de Lorraine, CNRS, LRGP, F-54000 Nancy, France</footnote>

<footnote n="3">³ LERMAB, Université de Lorraine, GP4W, F 54 000 Nancy, France
[jramaux@acta-mobilier.fr](mailto:jramaux@acta-mobilier.fr)</footnote>
# Mise au point d'un procédé d'impression 3D pour le recyclage des sciures de MDF

**RAMAUX Johan**<fnref n="1" />,<fnref n="2" />,<fnref n="3" />, **NOUVEL Cécile**<fnref n="2" />, **ZIEGLER-DEVIN Isabelle**<fnref n="3" />, **BESSERER Arnaud**<fnref n="3" />, **NOYEL Mélanie**<fnref n="1" />

**Mots clefs** : Impression 3D ; Recyclage ; Panneaux de Fibres de Densité Moyenne (MDF) ; Procédé ; Tomographie Rayons X

## Contexte et objectifs

La production de déchets bois et la tension sur la matière première pour les différents besoins de l'industrie sont en constante augmentation. La production de déchets bois a atteint 240 millions de mètres cubes en 2020 (FAO 2022). Par ailleurs, bien que diverses méthodes de valorisations existent, comme l'incorporation dans des composites thermoplastiques ou encore l'extraction de molécules à haute valeurs ajoutées, le réemploi de la ressource n'est pas total et nécessite la création de nouvelles filières de recyclage (Pandey 2022). Parmi les techniques de recyclage pour la création de composites plastiques à base de bois, une nouvelle technologie prometteuse est en train d'émerger : la fabrication additive (plus communément appelée impression 3D). L'impression 3D permet, en plus d'offrir des possibilités de création presque sans limites, de pouvoir utiliser une vaste source de matières premières, incluant l'utilisation de composites plastique/bois. Cette technique est donc un moyen peu couteux de réutiliser les déchets de biomasse tout en augmentant la valeur ajoutée de ces derniers et des polymères utilisés. C'est dans ce contexte, que l'entreprise Acta Mobilier (Monéteau, France) cherche à valoriser des déchets de panneaux de fibres de densité moyenne (MDF). Ces sciures sont présentes en grandes quantités (environ 68 t par an). La volonté de l'entreprise est donc de pouvoir recycler ses sciures de MDF en utilisant l'impression 3D pour la création de nouveaux produits à haute valeur ajoutée. Afin de rendre ce nouveau procédé viable et industrialisable, de nombreux verrous restent encore à lever. Parmi eux, la formulation du composite afin de mieux comprendre son comportement et son imprimabilité.

## Matériels et méthodes

### Fibres de MDF utilisées

Les fibres de MDF utilisées sont les déchets d'usinage récupérés chez Acta Mobilier. Afin de ne pas boucher la buse de l'imprimante 3D (diamètre de 0.4 à 0.8 mm) les sciures ont au préalable été tamisées à 300 µm. Cette fraction correspond à plus de 90% de la masse totale de déchet MDF. Par ailleurs, une analyse granulométrique (Malvern 3000, Malvern Panalytical) a permis de montrer que leur taille moyenne (D50) est de 100 µm. Les sciures ont une humidité relative de 5%.

### Fabrication des composites

A l'aide d'une extrudeuse bi-vis (Thermo Scientific, PTW24), différents lots de composites ont été fabriqués en mélangeant le MDF à l'acide polylactique (PLA). Le PLA est amené dans l'extrudeuse par un débitmètre volumique calibré alors que les fibres de MDF sont amenées par

<footnote n="1">¹Acta Mobilier, 7 Rue de Madrid, 89470 MONETEAU</footnote>

<footnote n="2">²Université de Lorraine, CNRS, LRGP, F-54000 Nancy, France</footnote>

<footnote n="3">³ LERMAB, Université de Lorraine, GP4W, F 54 000 Nancy, France
[jramaux@acta-mobilier.fr](mailto:jramaux@acta-mobilier.fr)</footnote>
un débitmètre massique (également calibré au préalable). Le PLA utilisé est le PLE005 de chez NaturePlast (Ifs, France) avec une densité de 1,25 et un indice de fluidité à chaud de 23 g/10 min (donnée fournisseur). Le profil de température de l'extrudeuse est constant sur toute sa longueur et de 170°C pour l'expérience de référence avec du PLA vierge contre 160°C pour produire un composite PLA / MDF (avec une teneur de 20% en masse de MDF). Dans le but de rendre le procédé le plus simple industriellement, l'influence du séchage a pu être étudié. Différents lots ont été réalisés :

- Un lot A constitué de 20% en masse de fibres de MDF et 80% de PLA pour lequel les deux intrants ont été au préalablement séchés.

- Un lot C constitué de 20% en masse de fibres de MDF et 80% de PLA. Aucun des intrants n'a été séché.

## Mesure de l'indice de fluidité à chaud (Melt Flow Index – MFI)

Les mesures de l'indice de fluidité à chaud ont été réalisées à l'aide d'un testeur de fluidité polyvalent (CEAST MF20, Instron). La précharge utilisée est de 2.16 kg et la température de 180°C. Chaque mesure a été répétée huit fois. Les graphiques obtenus ont été réalisés sous R (R Core Team 2021).

## Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)

La DSC est une calorimétrie permettant de comparer les flux de chaleurs échangés entre un échantillon et une référence (ici une capsule remplie d'air). Cette caractérisation permet de déterminer les caractéristiques thermiques des matériaux tel que la température de transition vitreuse ($T_g$) ou la température de fusion. L'analyse a été menée de 25 à 250 °C, avec une rampe de chauffe à 10 °C/min. Une première chauffe est effectuée, puis un refroidissement et enfin une deuxième chauffe. Entre chaque étape, une isotherme de 2 min est respectée. La $T_g$ est mesurée lors de la première chauffe. Sur le thermogramme, elle est caractérisée par un changement de pente de la courbe.

## Microscopie à Fluorescence

La microscopie à fluorescence, technique d'imagerie non destructive, est un type de microscopie optique utilisant le phénomène de fluorescence de particules (Davidson 1996). La lignine, de par la présence de noyaux aromatiques et de liaisons conjuguées est un composé auto-fluorescent (sans l'ajout de molécules fluorescentes). Le microscope à fluorescence Leica DM 2700 M a été utilisé avec un filtre UV pour voir l'auto-fluorescence de la lignine contenue dans le MDF. Ce filtre permet une excitation entre 320-360 nm et une émission pour toutes les longueurs d'ondes supérieures à 470 nm. Ce microscope est couplé à un objectif de microscopie à épiscopie permettant d'obtenir une image nette de la surface de l'échantillon sans avoir à réaliser de lame mince.

## Tomographie RX

La tomographie RX permet de visualiser les différentes densités relatives d'un matériau. Cette technique, proche de la radiographie médicale, permet donc de visualiser l'ensemble du matériau et de ses différents composants. Afin de rendre l'analyse plus visuelle, un traitement d'image a été réalisé via le logiciel ImageJ (Schindelin et al. 2012) permettant un affichage en fausses couleurs.

## Impression 3D

L'objectif principal de ce projet, est l'impression 3D du matériau composite obtenu. Le procédé choisi pour l'impression 3D est l'extrusion de matière et plus spécifiquement le *Fused Granular*
un débitmètre massique (également calibré au préalable). Le PLA utilisé est le PLE005 de chez NaturePlast (Ifs, France) avec une densité de 1,25 et un indice de fluidité à chaud de 23 g/10 min (donnée fournisseur). Le profil de température de l'extrudeuse est constant sur toute sa longueur et de 170°C pour l'expérience de référence avec du PLA vierge contre 160°C pour produire un composite PLA / MDF (avec une teneur de 20% en masse de MDF). Dans le but de rendre le procédé le plus simple industriellement, l'influence du séchage a pu être étudié. Différents lots ont été réalisés :

- Un lot A constitué de 20% en masse de fibres de MDF et 80% de PLA pour lequel les deux intrants ont été au préalablement séchés.

- Un lot C constitué de 20% en masse de fibres de MDF et 80% de PLA. Aucun des intrants n'a été séché.

## Mesure de l'indice de fluidité à chaud (Melt Flow Index – MFI)

Les mesures de l'indice de fluidité à chaud ont été réalisées à l'aide d'un testeur de fluidité polyvalent (CEAST MF20, Instron). La précharge utilisée est de 2.16 kg et la température de 180°C. Chaque mesure a été répétée huit fois. Les graphiques obtenus ont été réalisés sous R (R Core Team 2021).

## Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)

La DSC est une calorimétrie permettant de comparer les flux de chaleurs échangés entre un échantillon et une référence (ici une capsule remplie d'air). Cette caractérisation permet de déterminer les caractéristiques thermiques des matériaux tel que la température de transition vitreuse ($T_g$) ou la température de fusion. L'analyse a été menée de 25 à 250 °C, avec une rampe de chauffe à 10 °C/min. Une première chauffe est effectuée, puis un refroidissement et enfin une deuxième chauffe. Entre chaque étape, une isotherme de 2 min est respectée. La $T_g$ est mesurée lors de la première chauffe. Sur le thermogramme, elle est caractérisée par un changement de pente de la courbe.

## Microscopie à Fluorescence

La microscopie à fluorescence, technique d'imagerie non destructive, est un type de microscopie optique utilisant le phénomène de fluorescence de particules (Davidson 1996). La lignine, de par la présence de noyaux aromatiques et de liaisons conjuguées est un composé auto-fluorescent (sans l'ajout de molécules fluorescentes). Le microscope à fluorescence Leica DM 2700 M a été utilisé avec un filtre UV pour voir l'auto-fluorescence de la lignine contenue dans le MDF. Ce filtre permet une excitation entre 320-360 nm et une émission pour toutes les longueurs d'ondes supérieures à 470 nm. Ce microscope est couplé à un objectif de microscopie à épiscopie permettant d'obtenir une image nette de la surface de l'échantillon sans avoir à réaliser de lame mince.

## Tomographie RX

La tomographie RX permet de visualiser les différentes densités relatives d'un matériau. Cette technique, proche de la radiographie médicale, permet donc de visualiser l'ensemble du matériau et de ses différents composants. Afin de rendre l'analyse plus visuelle, un traitement d'image a été réalisé via le logiciel ImageJ (Schindelin et al. 2012) permettant un affichage en fausses couleurs.

## Impression 3D

L'objectif principal de ce projet, est l'impression 3D du matériau composite obtenu. Le procédé choisi pour l'impression 3D est l'extrusion de matière et plus spécifiquement le *Fused Granular*
*Fabrication* (FGF, permettant l'extrusion de pellets). Pour cela, une imprimante Creality CR10 équipé d'une tête d'extrusion de pellets Mahors V4 a été utilisée (avec l'apport technique de l'ERPI<fnref n="1" />). Cela permet d'obtenir de premiers essais préliminaires, montrant la faisabilité du procédé. La technologie d'impression 3D a été testée avec des pellets issu du lot A (intrants séchés, 20% de MDF).

## Résultats et discussion

Les propriétés du composite obtenu dépendent grandement des intrants. Du fait de la variabilité de la sciure de MDF, c'est pourquoi, il est important de mettre en place des outils performants afin de pouvoir corréler les propriétés initiales de la sciure et du PLA à celles du matériau composite final.

### Mesures de MFI

La mesure du MFI permet d'obtenir une première image de son comportement à l'état fondu à des taux de cisaillement faibles. Les échantillons testés sont le PLA pur, le lot A et le lot C. Les résultats sont présentés dans la Fig. 1.

<figure><img src="image_75.png" /><figcaption>Fig. 1 : Mesures de MFI obtenues pour les différents lots</figcaption></figure>

Le PLA à 180°C présente un MFI qui est en adéquation avec ce qui est couramment obtenu pour la fabrication additive (environ 10 g/10min) comme recommandé par Wang (2017). L'ajout de MDF dans le PLA entraine alors une augmentation importante de ce dernier (facteur 6). En première approche, il apparaît que l'influence du séchage sur la fluidité à chaud du composite semble négligeable. Néanmoins, la dispersion des valeurs augmente avec l'ajout de MDF, et ce d'autant plus que les intrants ne sont pas séchés. Les recherches sont actuellement en cours pour comprendre cette augmentation de la fluidité, et de la dispersion des valeurs. Les pistes envisagées sont actuellement liées à l'hétérogénéité du mélange et à un début de dégradation du PLA, accéléré par l'eau apportée par le MDF lors de la mise en forme. Cette dispersion des valeurs se traduit par une reproductibilité médiocre des résultats et du procédé.

### Calorimétrie Différentielle à Balayage

La température de transition vitreuse ($T_g$) est un paramètre permettant de caractériser la qualité d'un mélange. Le Tab. 1 permet de visualiser l'évolution de $T_g$ en fonction des différents lots. Une diminution de $T_g$ aurait été le signe d'un effet plastifiant d'un des composants, ici plus particulièrement, l'influence de la lignine contenue dans le MDF aurait pu être attendue. Or, on remarque une augmentation de $T_g$, traduisant le signe d'un mélange partiel entre le PLA et le MDF. Ainsi la DSC ne permet pas de conclure sur l'augmentation de la dispersion mais montre au contraire la qualité du mélange entre matrice et charge. Il convient alors d'observer la microstructure de ce mélange entre PLA et MDF et notamment la dispersion du MDF au sein de la matrice PLA.

<footnote n="1">¹ Équipe de Recherche sur les Processus Innovatifs</footnote>
*Fabrication* (FGF, permettant l'extrusion de pellets). Pour cela, une imprimante Creality CR10 équipé d'une tête d'extrusion de pellets Mahors V4 a été utilisée (avec l'apport technique de l'ERPI<fnref n="1" />). Cela permet d'obtenir de premiers essais préliminaires, montrant la faisabilité du procédé. La technologie d'impression 3D a été testée avec des pellets issu du lot A (intrants séchés, 20% de MDF).

## Résultats et discussion

Les propriétés du composite obtenu dépendent grandement des intrants. Du fait de la variabilité de la sciure de MDF, c'est pourquoi, il est important de mettre en place des outils performants afin de pouvoir corréler les propriétés initiales de la sciure et du PLA à celles du matériau composite final.

### Mesures de MFI

La mesure du MFI permet d'obtenir une première image de son comportement à l'état fondu à des taux de cisaillement faibles. Les échantillons testés sont le PLA pur, le lot A et le lot C. Les résultats sont présentés dans la Fig. 1.

<figure><img src="image_76.png" /><figcaption>Fig. 1 : Mesures de MFI obtenues pour les différents lots</figcaption></figure>

Le PLA à 180°C présente un MFI qui est en adéquation avec ce qui est couramment obtenu pour la fabrication additive (environ 10 g/10min) comme recommandé par Wang (2017). L'ajout de MDF dans le PLA entraine alors une augmentation importante de ce dernier (facteur 6). En première approche, il apparaît que l'influence du séchage sur la fluidité à chaud du composite semble négligeable. Néanmoins, la dispersion des valeurs augmente avec l'ajout de MDF, et ce d'autant plus que les intrants ne sont pas séchés. Les recherches sont actuellement en cours pour comprendre cette augmentation de la fluidité, et de la dispersion des valeurs. Les pistes envisagées sont actuellement liées à l'hétérogénéité du mélange et à un début de dégradation du PLA, accéléré par l'eau apportée par le MDF lors de la mise en forme. Cette dispersion des valeurs se traduit par une reproductibilité médiocre des résultats et du procédé.

### Calorimétrie Différentielle à Balayage

La température de transition vitreuse ($T_g$) est un paramètre permettant de caractériser la qualité d'un mélange. Le Tab. 1 permet de visualiser l'évolution de $T_g$ en fonction des différents lots. Une diminution de $T_g$ aurait été le signe d'un effet plastifiant d'un des composants, ici plus particulièrement, l'influence de la lignine contenue dans le MDF aurait pu être attendue. Or, on remarque une augmentation de $T_g$, traduisant le signe d'un mélange partiel entre le PLA et le MDF. Ainsi la DSC ne permet pas de conclure sur l'augmentation de la dispersion mais montre au contraire la qualité du mélange entre matrice et charge. Il convient alors d'observer la microstructure de ce mélange entre PLA et MDF et notamment la dispersion du MDF au sein de la matrice PLA.

<footnote n="1">¹ Équipe de Recherche sur les Processus Innovatifs</footnote>
<table><caption>Tab. 1 : Evolution de la T<sub>g</sub> des différents lots</caption><thead><tr><td>Matériaux</td><td>PLA vierge</td><td>Composite lot A</td><td>Composite lot C</td></tr></thead><tbody><tr><td>T° de transition vitreuse (°C)</td><td>61</td><td>87</td><td>95</td></tr></tbody></table>

Microscopie à fluorescence

L'observation en microscopie à fluorescence du composite à base de bois, permet d'observer indépendamment la dispersion du PLA et du MDF. Les images ci-dessous permettent de visualiser les fibres de MDF sous fluorescence UV (Fig. 2a – les fibres apparaissent en vert). Le PLA n'est pas fluorescent mais visible en brun sur l'image en épiscopie fond noir (Fig. 2b). Par reconstruction d'image, il est possible de combiner les deux images (a et b) pour obtenir l'image c. Cela permet de mettre en évidence une répartition globalement homogène du MDF dans la matrice PLA, bien qu'imparfaite. De plus, après reconstruction, des zones sombres (cercles blancs) sont toujours apparentes. La microscopie à fluorescence montre donc une hétérogénéité du mélange, due à une miscibilité imparfaite des constituants de ce mélange. La conséquence pour l'impression de cette mauvaise miscibilité, c'est-à-dire d'une concentration en MDF localement plus importante, est la formation d'imperfections esthétiques. Afin de caractériser ces zones sombres, une imagerie en tomographie à rayons X a été réalisée.

<figure><img src="image_76.png" /><figcaption>Fig. 2 : Analyse par microscopie d'un pellet du lot C (20% de MDF, pas de séchage) : a) Fluorescence (vert=MDF) ; b) Epioscopie fond noir (brun/transparent = PLA), c) Superposition</figcaption></figure>

Tomographie à rayons X (RX)

La tomographie RX permet de visualiser les différentes densités relatives du matériau. Cela permet notamment de visualiser sa porosité. Le résultat de l'imagerie d'un pellet de lot C est montré en Fig. 3. Les nombreuses zones sombres correspondent à une densité nulle, c'est-à-dire du vide. Ces cavités peuvent s'expliquer par une mauvaise dispersion de la charge au sein de la matrice mais aussi par la présence d'eau à l'intérieur du composite, l'échantillon analysé n'ayant pas été séché. Effectivement cette dernière s'évapore lors du procédé générant des bulles.

<figure><img src="image_77.png" /><figcaption>Fig. 3 : Tomographie RX d'un pellet du lot C</figcaption></figure>

Impression 3D

En utilisant du PLA vierge (référence) le procédé FGF permet d'obtenir des résultats très encourageants. De premiers essais préliminaires montrent que l'impression d'un matériau composite, à base de PLA et contenant 20% en masse de fibres de MDF, est possible.
<table><caption>Tab. 1 : Evolution de la T<sub>g</sub> des différents lots</caption><thead><tr><td>Matériaux</td><td>PLA vierge</td><td>Composite lot A</td><td>Composite lot C</td></tr></thead><tbody><tr><td>T° de transition vitreuse (°C)</td><td>61</td><td>87</td><td>95</td></tr></tbody></table>

### Microscopie à fluorescence

L'observation en microscopie à fluorescence du composite à base de bois, permet d'observer indépendamment la dispersion du PLA et du MDF. Les images ci-dessous permettent de visualiser les fibres de MDF sous fluorescence UV (Fig. 2a – les fibres apparaissent en vert). Le PLA n'est pas fluorescent mais visible en brun sur l'image en épiscopie fond noir (Fig. 2b). Par reconstruction d'image, il est possible de combiner les deux images (a et b) pour obtenir l'image c. Cela permet de mettre en évidence une répartition globalement homogène du MDF dans la matrice PLA, bien qu'imparfaite. De plus, après reconstruction, des zones sombres (cercles blancs) sont toujours apparentes. La microscopie à fluorescence montre donc une hétérogénéité du mélange, due à une miscibilité imparfaite des constituants de ce mélange. La conséquence pour l'impression de cette mauvaise miscibilité, c'est-à-dire d'une concentration en MDF localement plus importante, est la formation d'imperfections esthétiques. Afin de caractériser ces zones sombres, une imagerie en tomographie à rayons X a été réalisée.

<figure><img src="image_77.png" /><figcaption>Fig. 2 : Analyse par microscopie d'un pellet du lot C (20% de MDF, pas de séchage) : a) Fluorescence (vert=MDF) ; b) Epioscopie fond noir (brun/transparent = PLA), c) Superposition</figcaption></figure>

### Tomographie à rayons X (RX)

La tomographie RX permet de visualiser les différentes densités relatives du matériau. Cela permet notamment de visualiser sa porosité. Le résultat de l'imagerie d'un pellet de lot C est montré en Fig. 3. Les nombreuses zones sombres correspondent à une densité nulle, c'est-à-dire du vide. Ces cavités peuvent s'expliquer par une mauvaise dispersion de la charge au sein de la matrice mais aussi par la présence d'eau à l'intérieur du composite, l'échantillon analysé n'ayant pas été séché. Effectivement cette dernière s'évapore lors du procédé générant des bulles.

<figure><img src="image_78.png" /><figcaption>Fig. 3 : Tomographie RX d'un pellet du lot C</figcaption></figure>

### Impression 3D

En utilisant du PLA vierge (référence) le procédé FGF permet d'obtenir des résultats très encourageants. De premiers essais préliminaires montrent que l'impression d'un matériau composite, à base de PLA et contenant 20% en masse de fibres de MDF, est possible.
Néanmoins, certains défauts d'impressions, illustrés sur la Fig. 4 doivent être résolus. De plus, ces essais doivent pouvoir être transposés au milieu industriel, tout en permettant d'avoir des résultats reproductibles. C'est pourquoi l'étude de l'impact du séchage des intrants sur la qualité du produit fini est primordial.

<figure><img src="image_78.png" /><figcaption>Fig.4 : Essais préliminaire d'impression 3D FGF (lot A) – cube d'arrête 20 mm</figcaption></figure>

## Conclusion

Le procédé d'impression 3D à partir des sciures de MDF avec du PLA, est prometteur. Nous avons montré qu'il est possible d'obtenir un composite doté de caractéristiques satisfaisantes pour l'impression 3D à partir de déchets d'usinage. Le séchage des intrants de matière ne semble pas être une nécessité puisque le MFI n'est pas significativement affecté. En revanche, l'absence de séchage augmente la variabilité de MFI et semble créer des cavités dans le matériau obtenu. Les essais d'impression en cours permettront de déterminer si les variabilités de MFI mesurées peuvent être la cause d'une hétérogénéité de qualité d'impression. Dans l'objectif d'obtenir une dispersion plus homogène du MDF dans le PLA, l'ajout d'un compatibilisant sera étudié. Ces derniers pourraient également conférer de nouvelles propriétés, tel qu'une meilleure résistance au vieillissement.

## Références

Davidson R.S. (1996) Application of fluorescence microscopy to a study of chemical problems. Chemical Society Reviews. Vol. n°25, pp. 241-253.

FAO (2022) FAOSTAT. [en ligne]. [Consulté le 27/10/2022]. Disponible à l'adresse : https://www.fao.org/faostat/fr/#data/FO

Pandey S. (2022) Wood waste utilization and associated product development from underutilized low-quality wood and its prospects in Nepal. SN Applied Sciences. Vol. n°4, pp. 1-8.

R Core Team (2021) R: A Language and Environment for Statistical Computing [en ligne]. R. R Foundation for Statistical Computing. Disponible à l'adresse : https://www.R-project.org

Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., Kaynig V., Longair M., Pietzsch T., Preibisch S., Rueden C., Saalfeld S., Schmid B., Tinevez J.-Y., White D. J., Hartenstein V., Eliceiri K., Tomancak P., Cardona A. (2012) Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. Vol. n°9, pp. 676-682.

Wang S. (2017) Can the melt flow index be used to predict the success of fused deposition modelling of commercial poly(lactic acid) filaments into 3D printed materials? Plastics Rubber and composites. Vol. n°47, pp. 9-16.
Néanmoins, certains défauts d'impressions, illustrés sur la Fig. 4 doivent être résolus. De plus, ces essais doivent pouvoir être transposés au milieu industriel, tout en permettant d'avoir des résultats reproductibles. C'est pourquoi l'étude de l'impact du séchage des intrants sur la qualité du produit fini est primordial.

<figure><img src="image_79.png" /><figcaption>Fig.4 : Essais préliminaire d'impression 3D FGF (lot A) – cube d'arrête 20 mm</figcaption></figure>

## Conclusion

Le procédé d'impression 3D à partir des sciures de MDF avec du PLA, est prometteur. Nous avons montré qu'il est possible d'obtenir un composite doté de caractéristiques satisfaisantes pour l'impression 3D à partir de déchets d'usinage. Le séchage des intrants de matière ne semble pas être une nécessité puisque le MFI n'est pas significativement affecté. En revanche, l'absence de séchage augmente la variabilité de MFI et semble créer des cavités dans le matériau obtenu. Les essais d'impression en cours permettront de déterminer si les variabilités de MFI mesurées peuvent être la cause d'une hétérogénéité de qualité d'impression. Dans l'objectif d'obtenir une dispersion plus homogène du MDF dans le PLA, l'ajout d'un compatibilisant sera étudié. Ces derniers pourraient également conférer de nouvelles propriétés, tel qu'une meilleure résistance au vieillissement.

## Références

Davidson R.S. (1996) Application of fluorescence microscopy to a study of chemical problems. Chemical Society Reviews. Vol. n°25, pp. 241-253.

FAO (2022) FAOSTAT. [en ligne]. [Consulté le 27/10/2022]. Disponible à l'adresse : https://www.fao.org/faostat/fr/#data/FO

Pandey S. (2022) Wood waste utilization and associated product development from underutilized low-quality wood and its prospects in Nepal. SN Applied Sciences. Vol. n°4, pp. 1-8.

R Core Team (2021) R: A Language and Environment for Statistical Computing [en ligne]. R. R Foundation for Statistical Computing. Disponible à l'adresse : https://www.R-project.org

Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., Kaynig V., Longair M., Pietzsch T., Preibisch S., Rueden C., Saalfeld S., Schmid B., Tinevez J.-Y., White D. J., Hartenstein V., Eliceiri K., Tomancak P., Cardona A. (2012) Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. Vol. n°9, pp. 676-682.

Wang S. (2017) Can the melt flow index be used to predict the success of fused deposition modelling of commercial poly(lactic acid) filaments into 3D printed materials? Plastics Rubber and composites. Vol. n°47, pp. 9-16.
# Contribution à la caractérisation de bois locaux du Cameroun pour la conception de turbines pour pico-centrales hydroélectriques

FOUEDJOU NJOYA Blaise¹, KENFACK Joseph¹, ROSENKRANTZ Eric²,
AUGEREAU Franck², LAUX Didier², LANGBOUR Patrick⁴, GERARD Jean⁴,
ARNOULD Olivier³, VOUFO Joseph¹

¹Laboratoire petite hydroélectricité et systèmes hybrides, ENSPY, Yaoundé, Cameroun

²Equipe ACO, IES, Univ. Montpellier, CNRS, Montpellier, France

³Equipe Bois, LMGC, Univ. Montpellier, CNRS, Montpellier, France

⁴UR BioWooEB, CIRAD, Montpellier, France

blaise.fouedjou@polytechnique.cm

**Mots clefs** : caractérisation mécanique ; bois locaux ; Cameroun ; conception ; pico-turbine ; crossflow.

## Contexte et objectifs

Les préoccupations environnementales et climatiques nourrissent l'ambition des états à produire une énergie électrique propre grâce à l'utilisation des énergies renouvelables. Dans cette dynamique, le Cameroun s'est engagé, après la COP21 de Paris, à pousser la part des énergies renouvelables à 25 % du mix énergétique à l'horizon 2035, dont 11 % pour la petite hydroélectricité. Cette projection s'appuie sur le fort potentiel Camerounais en petite hydroélectricité estimé à 970 MW (Liu et al 2019), principalement reparti en zones reculées. Le déploiement de petites centrales hydroélectriques dans ces zones contribuerait à améliorer le faible taux d'électrification rurale actuellement estimé à 25% par la banque mondiale en 2021. Toutefois, la très faible consommation dans les villages de ces régions (100 W/ménage) ne constitue pas un marché suffisant pour stimuler les grands fabricants de turbines à développer massivement de petites turbines répondant aux besoins locaux. Aussi, compte tenu du manque d'équipements adaptés pour leur mise en forme locale, elles sont importées, ce qui augmente les coûts d'installation et de maintenance. Afin de réduire ces coûts financiers et environnementaux, et de développer le potentiel hydroélectrique de ces régions reculées, on se propose de fabriquer localement des pico-turbines et autres équipements nécessaires à l'électrification de ces régions rurales à partir de solutions écologiques locales.

Ce travail de recherche s'intéresse aux caractéristiques des matériaux biosourcés et locaux susceptibles d'être utilisés dans la construction de pico-turbines. Les matériaux doivent résister à l'abrasion, à la corrosion, avoir une faible densité, une bonne rigidité et enfin être disponibles sur le marché à de faibles coûts (Ebhota 2017, Ebhota & Inambao 2016). Ce cahier des charges motive comme choix de matériaux les essences de bois locaux durs ayant une bonne durabilité naturelle dans l'eau, telles que le Padouk (*Pterocarpus Osun*) l'Azobé (*Lophira alata*), l'Okan (*Cylicodiscus gabunensis*), le Tali (*Erythrophleum*) et le Bilinga (*Nauclea diderrichii*) (Gérard et al. 2017). L'utilisation des essences de bois locaux est particulièrement attrayante du fait que, en tant que matériau naturel, elles sont issues de parcelles exploitées de façon raisonnée garantissant ainsi son caractère renouvelable et écologique. De plus, les bois allient naturellement légèreté et performances mécaniques comparativement aux métaux. Pour toutes ces raisons, ces bois semblent très adaptés pour le domaine de la pico-hydroélectricité limitée à la production d'une puissance de 5 kW (Gagliano et al. 2014, Kadier et al. 2017), qui est néanmoins suffisante pour électrifier une maison, un petit village ou faire tourner une industrie artisanale.
# Contribution à la caractérisation de bois locaux du Cameroun pour la conception de turbines pour pico-centrales hydroélectriques

FOUEDJOU NJOYA Blaise¹, KENFACK Joseph¹, ROSENKRANTZ Eric²,
AUGEREAU Franck², LAUX Didier², LANGBOUR Patrick⁴, GERARD Jean⁴,
ARNOULD Olivier³, VOUFO Joseph¹

¹Laboratoire petite hydroélectricité et systèmes hybrides, ENSPY, Yaoundé, Cameroun

²Equipe ACO, IES, Univ. Montpellier, CNRS, Montpellier, France

³Equipe Bois, LMGC, Univ. Montpellier, CNRS, Montpellier, France

⁴UR BioWooEB, CIRAD, Montpellier, France

blaise.fouedjou@polytechnique.cm

**Mots clefs** : caractérisation mécanique ; bois locaux ; Cameroun ; conception ; pico-turbine ; crossflow.

## Contexte et objectifs

Les préoccupations environnementales et climatiques nourrissent l'ambition des états à produire une énergie électrique propre grâce à l'utilisation des énergies renouvelables. Dans cette dynamique, le Cameroun s'est engagé, après la COP21 de Paris, à pousser la part des énergies renouvelables à 25 % du mix énergétique à l'horizon 2035, dont 11 % pour la petite hydroélectricité. Cette projection s'appuie sur le fort potentiel Camerounais en petite hydroélectricité estimé à 970 MW (Liu et al 2019), principalement reparti en zones reculées. Le déploiement de petites centrales hydroélectriques dans ces zones contribuerait à améliorer le faible taux d'électrification rurale actuellement estimé à 25% par la banque mondiale en 2021. Toutefois, la très faible consommation dans les villages de ces régions (100 W/ménage) ne constitue pas un marché suffisant pour stimuler les grands fabricants de turbines à développer massivement de petites turbines répondant aux besoins locaux. Aussi, compte tenu du manque d'équipements adaptés pour leur mise en forme locale, elles sont importées, ce qui augmente les coûts d'installation et de maintenance. Afin de réduire ces coûts financiers et environnementaux, et de développer le potentiel hydroélectrique de ces régions reculées, on se propose de fabriquer localement des pico-turbines et autres équipements nécessaires à l'électrification de ces régions rurales à partir de solutions écologiques locales.

Ce travail de recherche s'intéresse aux caractéristiques des matériaux biosourcés et locaux susceptibles d'être utilisés dans la construction de pico-turbines. Les matériaux doivent résister à l'abrasion, à la corrosion, avoir une faible densité, une bonne rigidité et enfin être disponibles sur le marché à de faibles coûts (Ebhota 2017, Ebhota & Inambao 2016). Ce cahier des charges motive comme choix de matériaux les essences de bois locaux durs ayant une bonne durabilité naturelle dans l'eau, telles que le Padouk (*Pterocarpus Osun*) l'Azobé (*Lophira alata*), l'Okan (*Cylicodiscus gabunensis*), le Tali (*Erythrophleum*) et le Bilinga (*Nauclea diderrichii*) (Gérard et al. 2017). L'utilisation des essences de bois locaux est particulièrement attrayante du fait que, en tant que matériau naturel, elles sont issues de parcelles exploitées de façon raisonnée garantissant ainsi son caractère renouvelable et écologique. De plus, les bois allient naturellement légèreté et performances mécaniques comparativement aux métaux. Pour toutes ces raisons, ces bois semblent très adaptés pour le domaine de la pico-hydroélectricité limitée à la production d'une puissance de 5 kW (Gagliano et al. 2014, Kadier et al. 2017), qui est néanmoins suffisante pour électrifier une maison, un petit village ou faire tourner une industrie artisanale.
La sélection des essences de bois adaptées à la fabrication de pico-turbines présente toutefois
quelques difficultés. En effet, faute de données suffisantes, il faut pour chaque type de bois
caractériser la résistance à l'abrasion, les coefficients de retrait et gonflement garant d'une
bonne stabilité, l'usinabilité et la majeure partie des constantes élastiques et la limite à rupture
longitudinale et en compression transverse. La détermination par des mesures expérimentales
de ces caractéristiques physico-chimiques et mécaniques des essences de bois sélectionnés
permettra d'évaluer le comportement mécanique 3D des pales de turbines et leur capacité de
mise en forme, afin de définir un cadre d'application de ces bois en matière de pico-turbines.

Les résultats obtenus seront utilisés pour le dimensionnement et la fabrication de la roue d'une
turbine Crossflow. Ce type de géométrie a été retenue compte tenu de sa géométrie simple par
rapport à d'autres types de turbines et sa capacité à maintenir un rendement constant avec les
fluctuations de débit (Dragomirescu et Schiaua 2017, Quaranta et al. 2022). La Fig. 1 montre
une roue Crossflow avec ses différentes parties en vue éclatée.

<figure><img src="image_79.png" /><figcaption>Fig.1 : Vue éclatée d'une roue Crossflow</figcaption></figure>

## Matériel et méthodes

### Identification des essences sélectionnées

Pour les essais en laboratoire, 5 essences de bois sont prélevées au Cameroun, à Monatelé dans le département de la Lekié de la région du centre. Il s'agit du Padouk, de l'Okan, du Tali, du Bilinga et de l'Azobé. La Fig. 2 présente 4 madriers taillés et poncés aux dimensions 140mm×60mm×700mm et un brut de dimension 250mm×100mm×1000mm.

### Essais envisagés

Les caractéristiques recherchées seront obtenues sur « bois sec » pour la fabrication de la
turbine alors que le bois sera mis en œuvre dans l'eau. Les envisagés nécessaires pour l'étude
du comportement mécanique de la pico-turbine et de sa mise en forme, sont décrits par la Fig.
3.
La sélection des essences de bois adaptées à la fabrication de pico-turbines présente toutefois quelques difficultés. En effet, faute de données suffisantes, il faut pour chaque type de bois caractériser la résistance à l'abrasion, les coefficients de retrait et gonflement garant d'une bonne stabilité, l'usinabilité et la majeure partie des constantes élastiques et la limite à rupture longitudinale et en compression transverse. La détermination par des mesures expérimentales de ces caractéristiques physico-chimiques et mécaniques des essences de bois sélectionnés permettra d'évaluer le comportement mécanique 3D des pales de turbines et leur capacité de mise en forme, afin de définir un cadre d'application de ces bois en matière de pico-turbines.

Les résultats obtenus seront utilisés pour le dimensionnement et la fabrication de la roue d'une turbine Crossflow. Ce type de géométrie a été retenue compte tenu de sa géométrie simple par rapport à d'autres types de turbines et sa capacité à maintenir un rendement constant avec les fluctuations de débit (Dragomirescu et Schiaua 2017, Quaranta et al. 2022). La Fig. 1 montre une roue Crossflow avec ses différentes parties en vue éclatée.

<figure><img src="image_80.png" /><figcaption>Fig. 1 : Vue éclatée d'une roue Crossflow</figcaption></figure>

# Matériel et méthodes

## Identification des essences sélectionnées

Pour les essais en laboratoire, 5 essences de bois sont prélevées au Cameroun, à Monatelé dans le département de la Lekié de la région du centre. Il s'agit du Padouk, de l'Okan, du Tali, du Bilinga et de l'Azobé. La Fig. 2 présente 4 madriers taillés et poncés aux dimensions 140mm×60mm×700mm et un brut de dimension 250mm×100mm×1000mm.

## Essais envisagés

Les caractéristiques recherchées seront obtenues sur « bois sec » pour la fabrication de la turbine alors que le bois sera mis en œuvre dans l'eau. Les envisagés nécessaires pour l'étude du comportement mécanique de la pico-turbine et de sa mise en forme, sont décrits par la Fig. 3.
<figure><img src="image_80.png" /><figcaption>Fig. 2 : Madriers: (a) poncés de Padouk, Okan, Tali, Bilinga de dimension 140mm×60mm×700mm; (b) brut d'Azobé de dimension 250mm×100mm×1000mm</figcaption></figure>

<figure><img src="image_81.png" /><figcaption>Fig. 3 : Essais envisagés et caractéristiques recherchées</figcaption></figure>

## Résultats attendus

- Mesures par ultrasons sur des cubes de 20 mm de côté des 6 constantes élastiques $E_R, E_L, E_T, G_{RT}, G_{RL}, G_{TL}$ des essences de bois saturées en eau et à une teneur en eau de 12%. Comparaison des résultats entre essences et suivant le taux d'humidité. Les cubes seront ensuite réusinés sous forme de rhombicuboctaèdre afin de mesurer les coefficients de Poisson $v_{RT}, v_{TR}, v_{RL}, v_{LR}, v_{LT}$ et $v_{TL}$.

- Mesures par méthode BING des modules d'élasticité $E_R, G_{RL}$ et $G_{TL}$ et comparaison avec les résultats obtenus par les mesures ultrasonores.

- Mesures de la limite à la rupture dans la direction L en flexion (barreaux de Bing) et en compression, puis définition d'un critère de ruine.

- Mesures des coefficients de retrait-gonflement dans les directions R et T.

- Mesures des paramètres d'usinage et classement des essences en fonction de l'usinabilité

- Choix définitif des essences au regard de tous les résultats obtenus
<figure><img src="image_81.png" /><figcaption>Fig. 2 : Madriers: (a) poncés de Padouk, Okan, Tali, Bilinga de dimension 140mm×60mm×700mm; (b) brut d'Azobé de dimension 250mm×100mm×1000mm</figcaption></figure>

<figure><img src="image_82.png" /><figcaption>Fig. 3 : Essais envisagés et caractéristiques recherchées</figcaption></figure>

## Résultats attendus

- Mesures par ultrasons sur des cubes de 20 mm de côté des 6 constantes élastiques $E_R, E_L, E_T, G_{RT}, G_{RL}, G_{TL}$ des essences de bois saturées en eau et à une teneur en eau de 12%. Comparaison des résultats entre essences et suivant le taux d'humidité. Les cubes seront ensuite réusinés sous forme de rhombicuboctaèdre afin de mesurer les coefficients de Poisson $v_{RT}, v_{TR}, v_{RL}, v_{LR}, v_{LT}$ et $v_{TL}$.

- Mesures par méthode BING des modules d'élasticité $E_R, G_{RL}$ et $G_{TL}$ et comparaison avec les résultats obtenus par les mesures ultrasonores.

- Mesures de la limite à la rupture dans la direction L en flexion (barreaux de Bing) et en compression, puis définition d'un critère de ruine.

- Mesures des coefficients de retrait-gonflement dans les directions R et T.

- Mesures des paramètres d'usinage et classement des essences en fonction de l'usinabilité

- Choix définitif des essences au regard de tous les résultats obtenus
## Conclusion

Ces travaux de recherche ont pour but de développer l'économie locale des zones rurales du Cameroun en permettant aux populations d'améliorer leur confort de vie grâce à la promotion de l'électrification rurale à l'aide d'une production électrique écologique et renouvelable. La construction locale de pico-turbines hydroélectriques fabriquées à partir des ressources locales de bois, matériaux biosourcés et durables par excellence, revêt donc un double intérêt : un intérêt socioéconomique et un intérêt environnemental.

## Remerciements

Ce projet de caractérisation est soutenu financièrement par le Labex Numev de l'Université de Montpellier.

Le projet de thèse est également soutenu dans sa phase d'implémentation par l'Institut de la Francophonie pour le développement durable (IFDD/Canada) /Projet de Déploiement des Technologies et Innovations Environnementales (PDTIE) financé par l'Organisation internationale de la Francophonie (OIF), l'Organisation des États d'Afrique, des Caraïbes et du Pacifique, et l'Union européenne (UE) (FED/220/421-370).

## Références

Dragomirescu A., Schiaua M. (2017) Experimental and numerical investigation of a Bánki turbine operating far away from design point. Energy Procedia, 112(October 2016), 43-50.
https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1057

Ebhota W.S. (2017) Smart Design and Development of a Small Hydropower System and Exploitation of Locally Sourced Material for Pelton Turbine Bucket Production. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 9(Paish 2002).
https://doi.org/10.1007/s40997-017-0134-9

Ebhota W.S., Inambao F. (2016) Design basics of a small hydro turbine plant for capacity building in sub-Saharan Africa. 1338(June).
https://doi.org/10.1080/20421338.2015.1128039

Gagliano A., Tina G. M., Nocera F., Patania F. (2014) Technical and Economic Perspective for Repowering of Micro Hydro Power Plants : a Case Study of an Early XX Century Power Plant. Energy Procedia, 62, 512-521.
https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.12.413

Gérard J., Guibal D., Paradis S., Cerre J.-C. (2017) Tropical Timber Atlas: Technological characteristics and uses.

Kadier A., Sahaid M., Pudukudy M., Abu H., Mohamed A., Abdul A. (2017) Pico hydropower (PHP) development in Malaysia: Potential, present status, barriers and future perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, June, 1-10.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.06.084

Liu D., Liu H., Wang X., Kremere E. E. (2019) World Small Hydropower Development Report 2019. United Nations Industrial Development Organization; International Center on Small Hydro Power. Available from www.smallhydroworld.org

Quaranta E., Pierre J., Revelli R. (2022) Optimal design process of crossflow Banki turbines: Literature review and novel expeditious equations. Ocean Engineering, 257(April), 111582.
https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.111582
## Conclusion

Ces travaux de recherche ont pour but de développer l'économie locale des zones rurales du Cameroun en permettant aux populations d'améliorer leur confort de vie grâce à la promotion de l'électrification rurale à l'aide d'une production électrique écologique et renouvelable. La construction locale de pico-turbines hydroélectriques fabriquées à partir des ressources locales de bois, matériaux biosourcés et durables par excellence, revêt donc un double intérêt : un intérêt socioéconomique et un intérêt environnemental.

## Remerciements

Ce projet de caractérisation est soutenu financièrement par le Labex Numev de l'Université de Montpellier.

Le projet de thèse est également soutenu dans sa phase d'implémentation par l'Institut de la Francophonie pour le développement durable (IFDD/Canada) /Projet de Déploiement des Technologies et Innovations Environnementales (PDTIE) financé par l'Organisation internationale de la Francophonie (OIF), l'Organisation des États d'Afrique, des Caraïbes et du Pacifique, et l'Union européenne (UE) (FED/220/421-370).

## Références

Dragomirescu A., Schiaua M. (2017) Experimental and numerical investigation of a Bánki turbine operating far away from design point. Energy Procedia, 112(October 2016), 43–50.
https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1057

Ebhota W.S. (2017) Smart Design and Development of a Small Hydropower System and Exploitation of Locally Sourced Material for Pelton Turbine Bucket Production. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 9(Paish 2002).
https://doi.org/10.1007/s40997-017-0134-9

Ebhota W.S., Inambao F. (2016) Design basics of a small hydro turbine plant for capacity building in sub-Saharan Africa. 1338(June).
https://doi.org/10.1080/20421338.2015.1128039

Gagliano A., Tina G. M., Nocera F., Patania F. (2014) Technical and Economic Perspective for Repowering of Micro Hydro Power Plants : a Case Study of an Early XX Century Power Plant. Energy Procedia, 62, 512–521.
https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.12.413

Gérard J., Guibal D., Paradis S., Cerre J.-C. (2017) Tropical Timber Atlas: Technological characteristics and uses.

Kadier A., Sahaid M., Pudukudy M., Abu H., Mohamed A., Abdul A. (2017) Pico hydropower (PHP) development in Malaysia : Potential, present status, barriers and future perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, June, 1–10.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.06.084

Liu D., Liu H., Wang X., Kremere E. E. (2019) World Small Hydropower Development Report 2019. United Nations Industrial Development Organization; International Center on Small Hydro Power. Available from www.smallhydroworld.org

Quaranta E., Pierre J., Revelli R. (2022) Optimal design process of crossflow Banki turbines : Literature review and novel expeditious equations. Ocean Engineering, 257(April), 111582.
https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.111582
# Etude de la performance au collage du *Pinus patula* dans la fabrication de panneaux lamellés collés

TRIANOSKI Rosilani<fnref n="1" />, MICHAUD Franck<fnref n="2" />, MATOS, Jorge<fnref n="1" /> IRLE Mark<fnref n="2" />, MOREAU Jérôme<fnref n="2" />, SIMON Flore<fnref n="2" />, DUARTE Luigiano<fnref n="2" />

**Mots clefs** : Panneaux lamellés collés ; *Pinus patula* ; collage du bois ; aboutage ; acétate de polyvinyle ; adhésif isocyanate polymérisé en émulsion (EPI).

## Contexte et objectifs

Actuellement, l'une des principales préoccupations mondiales est liée au changement climatique, qui est corrélu à la production d'énergie, l'industrie manufacturière et minière, la fabrication de divers produits, l'utilisation des transports, l'agriculture, la déforestation des forêts, entre autres activités (ONU, 2023). L'IBÁ (2022) indique que ce changement représente un risque majeur pour les systèmes naturels et économiques. De fait le ralentissement et l'atténuation de ses effets sont devenus des objectifs de politique publique dans le monde entier.

L'Accord de Paris, traité mondial adopté par les pays signataires de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC) fixe des objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre. En outre, il cherche à renforcer la réponse à la menace du changement climatique et à renforcer la capacité des pays à faire face aux impacts générés par ce changement (ONU 2015, MCTI 2023).

En Europe, le Green Deal européen, fruit de l'Accord de Paris, a été défini comme la nouvelle politique industrielle pour lutter contre le changement climatique, promouvoir les produits durables et circulaires, réduire les déchets et augmenter la performance énergétique (EcoReFibre - UNION EUROPÉENNE 2022).

Du côté brésilien, et sur la base de l'article 5 de l'accord, certains des engagements pris sont liés à l'encouragement de l'intégration des cultures, des forêts et du bétail, à l'élimination de la déforestation illégale et à la restauration et au reboisement de 12 millions d'hectares de forêts (naturelles et plantées). Le pacte brésilien pour l'environnement oriente davantage les efforts vers l'expansion et le développement du secteur des arbres plantés, confirmant son importance pour garantir l'approvisionnement en matières premières associées à l'économie à faible émission de carbone (IBÁ 2016).

La superficie forestière du Brésil est de 492 millions d'hectares (mi/ha), dont 482 mi/ha sont des forêts naturelles ou indigènes (98 %) et 9,93 mi/ha sont des forêts plantées (2 %). Parmi ces dernières, 7,53 mi/ha sont des Eucalyptus, 1,93 mi/ha des Pins et 0,47 mi/ha d'autres espèces. Bien qu'elles ne représentent que 2 % du total des forêts, les plantations forestières fournissent plus de 90 % du bois consommé dans les processus industriels (IBÁ 2022).

L'approvisionnement en bois des industries brésiliennes est principalement dû à la production de volumes élevés, en effet le Brésil est en tête du classement mondial de la productivité, avec une moyenne de 36 m³/ha/an pour les plantations d'Eucalyptus et 31 m³/ha/an pour les plantations de Pins, les principaux genres utilisés comme matières premières dans les industries. Cette productivité forestière prend tout son sens lorsqu'on la compare aux informations fournies

<footnote n="1">¹ Université Fédérale du Paraná</footnote>

<footnote n="2">²LIMBHA, Ecole Supérieure du Bois
rosilani@ufpr.br</footnote>
# Etude de la performance au collage du *Pinus patula* dans la fabrication de panneaux lamellés collés

TRIANOSKI Rosilani<fnref n="1" />, MICHAUD Franck<fnref n="2" />, MATOS, Jorge<fnref n="1" /> IRLE Mark<fnref n="2" />, MOREAU Jérôme<fnref n="2" />, SIMON Flore<fnref n="2" />, DUARTE Luigiano<fnref n="2" />

**Mots clefs** : Panneaux lamellés collés ; *Pinus patula* ; collage du bois ; aboutage ; acétate de polyvinyle ; adhésif isocyanate polymérisé en émulsion (EPI).

## Contexte et objectifs

Actuellement, l'une des principales préoccupations mondiales est liée au changement climatique, qui est corrélu à la production d'énergie, l'industrie manufacturière et minière, la fabrication de divers produits, l'utilisation des transports, l'agriculture, la déforestation des forêts, entre autres activités (ONU, 2023). L'IBÁ (2022) indique que ce changement représente un risque majeur pour les systèmes naturels et économiques. De fait le ralentissement et l'atténuation de ses effets sont devenus des objectifs de politique publique dans le monde entier.

L'Accord de Paris, traité mondial adopté par les pays signataires de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC) fixe des objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre. En outre, il cherche à renforcer la réponse à la menace du changement climatique et à renforcer la capacité des pays à faire face aux impacts générés par ce changement (ONU 2015, MCTI 2023).

En Europe, le Green Deal européen, fruit de l'Accord de Paris, a été défini comme la nouvelle politique industrielle pour lutter contre le changement climatique, promouvoir les produits durables et circulaires, réduire les déchets et augmenter la performance énergétique (EcoReFibre - UNION EUROPÉENNE 2022).

Du côté brésilien, et sur la base de l'article 5 de l'accord, certains des engagements pris sont liés à l'encouragement de l'intégration des cultures, des forêts et du bétail, à l'élimination de la déforestation illégale et à la restauration et au reboisement de 12 millions d'hectares de forêts (naturelles et plantées). Le pacte brésilien pour l'environnement oriente davantage les efforts vers l'expansion et le développement du secteur des arbres plantés, confirmant son importance pour garantir l'approvisionnement en matières premières associées à l'économie à faible émission de carbone (IBÁ 2016).

La superficie forestière du Brésil est de 492 millions d'hectares (mi/ha), dont 482 mi/ha sont des forêts naturelles ou indigènes (98 %) et 9,93 mi/ha sont des forêts plantées (2 %). Parmi ces dernières, 7,53 mi/ha sont des Eucalyptus, 1,93 mi/ha des Pins et 0,47 mi/ha d'autres espèces. Bien qu'elles ne représentent que 2 % du total des forêts, les plantations forestières fournissent plus de 90 % du bois consommé dans les processus industriels (IBÁ 2022).

L'approvisionnement en bois des industries brésiliennes est principalement dû à la production de volumes élevés, en effet le Brésil est en tête du classement mondial de la productivité, avec une moyenne de 36 m³/ha/an pour les plantations d'Eucalyptus et 31 m³/ha/an pour les plantations de Pins, les principaux genres utilisés comme matières premières dans les industries. Cette productivité forestière prend tout son sens lorsqu'on la compare aux informations fournies

<footnote n="1">¹ Université Fédérale du Paraná</footnote>

<footnote n="2">²LIMBHA, Ecole Supérieure du Bois
rosilani@ufpr.br</footnote>
par CEI-Bois (2019), qui indique que pour produire 1 m³ de bois, 1 tonne de dioxyde de carbone (CO2) est absorbée dans l'atmosphère et 0,7 tonne d'oxygène (O2) est libérée. Les arbres et le bois constituent donc un important réservoir de carbone et peuvent jouer un rôle important dans l'atténuation du changement climatique.

Le sud du Brésil concentre 1,72 mi/ha de forêts de Pins (89 %), dont 0,71 mi/ha dans l'État du Paraná. L'espèce traditionnellement utilisée dans les plantations est le *Pinus taeda* et, dans une moindre mesure, le *Pinus elliottii*. Les entreprises de reboisement et les industries ont toutefois cherché à planter d'autres espèces de ce genre afin de diversifier la matière première, d'améliorer la qualité des produits générés et, dans certaines régions, d'éviter les attaques sélectives de certains ravageurs, tels que la "guêpe perce-bois" (*Sirex noctilio*) et le "capucin noir" (*Sapajus nigritus*) (IBA 2022).

Pour ces raisons, certaines entreprises forestières situées dans la région Centre-Sud du Paraná ont investi dans des zones de *Pinus patula*. Des recherches sur la qualité du bois produit et ses applications possibles, y compris son utilisation dans les moulures et les panneaux lamellés collés (Edge glued panel - EGP), sont nécessaires pour la bonne valorisation de cette ressource.

Outre l'évaluation de l'adéquation du bois à un usage particulier, le processus de production doit répondre à des exigences de qualité minimales au meilleur coût. Dans le cadre du collage du bois pour les moulures et les panneaux lamellés collés (EGP), des paramètres tels que le type de colle et son prix, le grammage et les variables de pressage sont extrêmement importants. En effet, au-delà d'affecter la qualité et les coûts de production, ils ont un effet "en cascade" sur le volume de colle transporté (transport), la fabrication de la colle, la consommation de matières premières et la consommation d'énergie. Ceci provoque plus ou moins d'émissions de gaz à effet de serre et a une incidence sur le changement climatique.

Dans ce contexte, l'objectif de cette étude est d'évaluer l'aptitude du bois de *Pinus patula* à la production de moulures et de panneaux lamellés collés (collage latéral), ainsi que de maximiser les variables du processus de production, la proportion de l'adhésif et la pression, afin de générer un produit dont la qualité répond aux exigences réglementaires et dont le coût et l'impact sur l'environnement soient les plus faibles possibles.

## Matériel et méthode

Le bois de *Pinus patula* utilisé dans cette recherche provient d'une plantation forestière de 18 ans située à Bituruna, dans la région Centre-Sud de l'État du Paraná. Les arbres ont été collectés pour plusieurs études, totalisant un échantillon d'environ 15 m3 de grumes. Une partie des grumes (10 m3) a été divisée en planches (35 x 140 x 2600 mm) et en lattes (35 x 55 x 2600 mm) qui ont été séchées à un taux d'humidité final de 10-12% dans une industrie du bois locale et envoyées pour l'aboutage et le panneautage (collage latéral).

Le collage par aboutage a été réalisé à l'échelle industrielle, et une partie des planches a été transformée en lamelles sans défauts. Après l'obtention des lamelles sans défauts, des entures ont été usinées (longueur : 7 mm ; largeur : 3,7 mm et largeur de la pointe d'enture : 1,7 mm), puis encollés avec un adhésif à base d'acétate de polyvinyle (PVAc) appliqué par des rouleaux sur 75 % des dents. Les lamelles ont été assemblées et pressées (20 kgf.cm⁻²/± 2 MPa) dans une presse automatique, générant des pièces de dimensions 35 x 55 x 2000 mm et 35 x 140 x 2000 mm (épaisseur, largeur et longueur).

Le collage latéral (EGP) a été réalisé en laboratoire, où les planches séchées industriellement ont été conditionnées pour atteindre ou être maintenues à un taux d'humidité de 12%. Elles ont ensuite été échantillonnées afin de comprendre toute la variabilité naturelle du bois et des plans
par CEI-Bois (2019), qui indique que pour produire 1 m³ de bois, 1 tonne de dioxyde de carbone (CO2) est absorbée dans l'atmosphère et 0,7 tonne d'oxygène (O2) est libérée. Les arbres et le bois constituent donc un important réservoir de carbone et peuvent jouer un rôle important dans l'atténuation du changement climatique.

Le sud du Brésil concentre 1,72 mi/ha de forêts de Pins (89 %), dont 0,71 mi/ha dans l'État du Paraná. L'espèce traditionnellement utilisée dans les plantations est le *Pinus taeda* et, dans une moindre mesure, le *Pinus elliottii*. Les entreprises de reboisement et les industries ont toutefois cherché à planter d'autres espèces de ce genre afin de diversifier la matière première, d'améliorer la qualité des produits générés et, dans certaines régions, d'éviter les attaques sélectives de certains ravageurs, tels que la "guêpe perce-bois" (*Sirex noctilio*) et le "capucin noir" (*Sapajus nigritus*) (IBA 2022).

Pour ces raisons, certaines entreprises forestières situées dans la région Centre-Sud du Paraná ont investi dans des zones de *Pinus patula*. Des recherches sur la qualité du bois produit et ses applications possibles, y compris son utilisation dans les moulures et les panneaux lamellés collés (Edge glued panel - EGP), sont nécessaires pour la bonne valorisation de cette ressource.

Outre l'évaluation de l'adéquation du bois à un usage particulier, le processus de production doit répondre à des exigences de qualité minimales au meilleur coût. Dans le cadre du collage du bois pour les moulures et les panneaux lamellés collés (EGP), des paramètres tels que le type de colle et son prix, le grammage et les variables de pressage sont extrêmement importants. En effet, au-delà d'affecter la qualité et les coûts de production, ils ont un effet "en cascade" sur le volume de colle transporté (transport), la fabrication de la colle, la consommation de matières premières et la consommation d'énergie. Ceci provoque plus ou moins d'émissions de gaz à effet de serre et a une incidence sur le changement climatique.

Dans ce contexte, l'objectif de cette étude est d'évaluer l'aptitude du bois de *Pinus patula* à la production de moulures et de panneaux lamellés collés (collage latéral), ainsi que de maximiser les variables du processus de production, la proportion de l'adhésif et la pression, afin de générer un produit dont la qualité répond aux exigences réglementaires et dont le coût et l'impact sur l'environnement soient les plus faibles possibles.

## Matériel et méthode

Le bois de *Pinus patula* utilisé dans cette recherche provient d'une plantation forestière de 18 ans située à Bituruna, dans la région Centre-Sud de l'État du Paraná. Les arbres ont été collectés pour plusieurs études, totalisant un échantillon d'environ 15 m3 de grumes. Une partie des grumes (10 m3) a été divisée en planches (35 x 140 x 2600 mm) et en lattes (35 x 55 x 2600 mm) qui ont été séchées à un taux d'humidité final de 10-12% dans une industrie du bois locale et envoyées pour l'aboutage et le panneautage (collage latéral).

Le collage par aboutage a été réalisé à l'échelle industrielle, et une partie des planches a été transformée en lamelles sans défauts. Après l'obtention des lamelles sans défauts, des entures ont été usinées (longueur : 7 mm ; largeur : 3,7 mm et largeur de la pointe d'enture : 1,7 mm), puis encollés avec un adhésif à base d'acétate de polyvinyle (PVAc) appliqué par des rouleaux sur 75 % des dents. Les lamelles ont été assemblées et pressées (20 kgf.cm⁻²/± 2 MPa) dans une presse automatique, générant des pièces de dimensions 35 x 55 x 2000 mm et 35 x 140 x 2000 mm (épaisseur, largeur et longueur).

Le collage latéral (EGP) a été réalisé en laboratoire, où les planches séchées industriellement ont été conditionnées pour atteindre ou être maintenues à un taux d'humidité de 12%. Elles ont ensuite été échantillonnées afin de comprendre toute la variabilité naturelle du bois et des plans