## Matériels et méthodes

Dans cette section, nous présentons les matériaux et les approches employés pour évaluer l'influence de la température entre 20°C et 150°C et de la teneur en eau sur la résistance à la compression axiale (sens des fibres) ainsi que sur le module d'Young.

Les expérimentations ont été menées de deux manières distinctes. Tout d'abord, nous avons utilisé du bois massif (bois de Sapin) provenant de diverses sources, dans le but d'étudier les effets de la variabilité du bois. Ensuite, nous avons utilisé du lamellé-collé de classe GL24H conforme à la norme NF EN 14080, fabriqué à partir de bois d'épicéa (noté BLC), en faisant varier les conditions thermiques et hydriques.

### Bois massif (Sapin)

Le protocole mis en place ($P_0$) considère un contrôle simultané de l'humidité et de la température des échantillons de Sapin. Pour ce faire, des échantillons (section $S_0$, dimensions 35x35x80 mm³) sont placés dans des dessiccateurs contenant une solution saline saturée afin de contrôler l'humidité relative. Les essais présentés dans ce travail sont réalisés à température ambiante (20°C) pour 5 niveaux de teneur en eau différents. Les essais réalisés avec une teneur en eau d'environ 11%, servent de référence pour les autres niveaux de teneur en eau. Toutes les données sont ensuite normalisées par rapport à cette référence (et aussi par rapport à la densité pour tenir compte de la variabilité du matériau bois d'un échantillon à l'autre).

### Bois lamellé-collé (BLC)

Les essais sur le lamellé-collé (GL24H) ont été réalisés selon plusieurs protocoles pour étudier son comportement à différentes températures (20°C, 60°C, 100°C et 150°C), teneurs en eau, et pour différentes dimensions (sections : $S_1$, $S_2$ et $S_3$, respectivement avec les dimensions suivantes : 50x50x100mm³, 97x92x200mm³, 187x198x400mm³). Le premier protocole $P_1$, consiste en des essais de compression à la température ambiante 20°C, dans 2 états hydriques (état initial avec une teneur en eau d'environ 11% et état sec après étuvage à 103°C). Ces essais ont été effectués pour servir de référence lors de l'interprétation des résultats obtenus lors des autres protocoles. Pour les autres températures (60°C, 100°C ou 150°C), les échantillons sont placés dans une étuve pendant des durées différentes en fonction des conditions d'humidité ou de température requises, puis les essais mécaniques ont été réalisés (à l'aide de thermocouples, nous avons vérifié que, pendant la durée de l'essai mécanique, la température dans les échantillons restait identique à celle à la sortie de l'étuve). Dans le cadre du protocole $P_{1bis}$, des essais de compression sont réalisés en considérant une même perte de masse de 10%, après étuvage pour chaque section et température. Le protocole $P_2$ visait à maintenir une température homogène tout au long de la hauteur de la section. Finalement, le protocole $P_3$ consistait en des essais de compression à différentes températures (60°C, 100°C et 150°C), après des durées variables d'échauffement dans l'étuve (15min, 25min, 40min, 50min et 60min). Les résultats obtenus pour tous les protocoles ont été normalisés par rapport aux résultats à 20°C, ainsi que par la densité des échantillons (densité estimée en tenant compte de la teneur en eau moyenne après étuvage).

## Résultats et discussion

### Essais sur le bois massif, effet de la teneur en humidité à température ambiante

La Fig. 1 donne les résultats des résistances et modules longitudinaux pour le bois de sapin. De manière attendue, les propriétés mécaniques baissent avec la teneur en eau et pour le module longitudinal, la correction de Guitard (Guitard 1987) est en effet vérifiée. Ces résultats sont discutés en fonction de l'effet de l'humidité sur les propriétés mécaniques des parois cellulaires.
## Matériels et méthodes

Dans cette section, nous présentons les matériaux et les approches employés pour évaluer l'influence de la température entre 20°C et 150°C et de la teneur en eau sur la résistance à la compression axiale (sens des fibres) ainsi que sur le module d'Young.

Les expérimentations ont été menées de deux manières distinctes. Tout d'abord, nous avons utilisé du bois massif (bois de Sapin) provenant de diverses sources, dans le but d'étudier les effets de la variabilité du bois. Ensuite, nous avons utilisé du lamellé-collé de classe GL24H conforme à la norme NF EN 14080, fabriqué à partir de bois d'épicéa (noté BLC), en faisant varier les conditions thermiques et hydriques.

### Bois massif (Sapin)

Le protocole mis en place ($P_0$) considère un contrôle simultané de l'humidité et de la température des échantillons de Sapin. Pour ce faire, des échantillons (section $S_0$, dimensions 35x35x80 mm³) sont placés dans des dessiccateurs contenant une solution saline saturée afin de contrôler l'humidité relative. Les essais présentés dans ce travail sont réalisés à température ambiante (20°C) pour 5 niveaux de teneur en eau différents. Les essais réalisés avec une teneur en eau d'environ 11%, servent de référence pour les autres niveaux de teneur en eau. Toutes les données sont ensuite normalisées par rapport à cette référence (et aussi par rapport à la densité pour tenir compte de la variabilité du matériau bois d'un échantillon à l'autre).

### Bois lamellé-collé (BLC)

Les essais sur le lamellé-collé (GL24H) ont été réalisés selon plusieurs protocoles pour étudier son comportement à différentes températures (20°C, 60°C, 100°C et 150°C), teneurs en eau, et pour différentes dimensions (sections : $S_1$, $S_2$ et $S_3$, respectivement avec les dimensions suivantes : 50x50x100mm³, 97x92x200mm³, 187x198x400mm³). Le premier protocole $P_1$, consiste en des essais de compression à la température ambiante 20°C, dans 2 états hydriques (état initial avec une teneur en eau d'environ 11% et état sec après étuvage à 103°C). Ces essais ont été effectués pour servir de référence lors de l'interprétation des résultats obtenus lors des autres protocoles. Pour les autres températures (60°C, 100°C ou 150°C), les échantillons sont placés dans une étuve pendant des durées différentes en fonction des conditions d'humidité ou de température requises, puis les essais mécaniques ont été réalisés (à l'aide de thermocouples, nous avons vérifié que, pendant la durée de l'essai mécanique, la température dans les échantillons restait identique à celle à la sortie de l'étuve). Dans le cadre du protocole $P_{1bis}$, des essais de compression sont réalisés en considérant une même perte de masse de 10%, après étuvage pour chaque section et température. Le protocole $P_2$ visait à maintenir une température homogène tout au long de la hauteur de la section. Finalement, le protocole $P_3$ consistait en des essais de compression à différentes températures (60°C, 100°C et 150°C), après des durées variables d'échauffement dans l'étuve (15min, 25min, 40min, 50min et 60min). Les résultats obtenus pour tous les protocoles ont été normalisés par rapport aux résultats à 20°C, ainsi que par la densité des échantillons (densité estimée en tenant compte de la teneur en eau moyenne après étuvage).

## Résultats et discussion

### Essais sur le bois massif, effet de la teneur en humidité à température ambiante

La Fig. 1 donne les résultats des résistances et modules longitudinaux pour le bois de sapin. De manière attendue, les propriétés mécaniques baissent avec la teneur en eau et pour le module longitudinal, la correction de Guitard (Guitard 1987) est en effet vérifiée. Ces résultats sont discutés en fonction de l'effet de l'humidité sur les propriétés mécaniques des parois cellulaires.
Des essais seront réalisés sur le lamellé-collé (GL24H) à 20°C et jusqu'à 100°C dans la suite du travail avec la section S₁ afin de discuter de la variabilité de la loi de Guitard pour du bois reconstitué (BLC).

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

Fig. 1 : Résistances en compression et Modules d'Young du Sapin (de 3 provenances différentes notées Tass1, Tass2 et Tass3) à différentes teneurs en eau (MC%) et à température ambiante (20°C) et normalisés par rapport à la référence (notée avec l'indice 0) et la densité (désignée par *). 5 échantillons sont testés par conditions hydriques.

### Essais sur le lamellé-collé (P₁, P₁bis et P₂), effet de la température (20°C à 150°C) pour les sections S₁, S₂ et S₃

La Fig. 2 montre les résultats obtenus pour la section S₁ à différentes températures et pour les protocoles P₁, P₁bis et P₂. Les propriétés mécaniques augmentent avec la température par rapport aux essais de référence à 20°C, puis diminuent par la suite. La diminution des propriétés mécaniques observée est plus marquée à 60°C pour la section S₁, tandis que pour les sections S₂ et S₃, cela se produit autour de 100°C (résultats non présentés ici). Ces variations peuvent être expliquées par différents facteurs tels que la diminution de la teneur en eau du bois, des dégradations des éprouvettes (eg. fissuration du bois ou délaminage entre lamelles du BLC) et des dégradations chimiques. Les différences entre les sections S₁, S₂ et S₃ peuvent être dues à des effets d'échelle.

<figure><img src="image_184.png" /></figure>

Fig. 2 : Résistances en compression et Modules d'Young à différentes températures (20-150°C) pour les trois protocoles P₁, P₁bis et P₂ et pour la section S₁, pour le bois BLC. Les résultats sont normalisés par rapport à l'état de référence (notée avec l'indice 0) et la densité (désignée par *). 5 échantillons sont testés par température.

### Essais sur le lamellé-collé (P₃), effet de la température (20°C à 150°C) avec différentes durées d'échauffement (15min à 60min) pour les sections S₁, S₂ et S₃

Le protocole P₃ consistait à étuver les échantillons pendant des durées variables, comme indiqué précédemment. Les essais réalisés montrent que les résistances en compression ont tendance à diminuer pour les trois sections étudiées et les trois températures d'étuvage en fonction de la
Des essais seront réalisés sur le lamellé-collé (GL24H) à 20°C et jusqu'à 100°C dans la suite du travail avec la section S₁ afin de discuter de la variabilité de la loi de Guitard pour du bois reconstitué (BLC).

<figure><img src="image_184.png" /></figure>

Fig. 1 : Résistances en compression et Modules d'Young du Sapin (de 3 provenances différentes notées Tass1, Tass2 et Tass3) à différentes teneurs en eau (MC%) et à température ambiante (20°C) et normalisés par rapport à la référence (notée avec l'indice 0) et la densité (désignée par *). 5 échantillons sont testés par conditions hydriques.

### Essais sur le lamellé-collé (P₁, P₁bis et P₂), effet de la température (20°C à 150°C) pour les sections S₁, S₂ et S₃

La Fig. 2 montre les résultats obtenus pour la section S₁ à différentes températures et pour les protocoles P₁, P₁bis et P₂. Les propriétés mécaniques augmentent avec la température par rapport aux essais de référence à 20°C, puis diminuent par la suite. La diminution des propriétés mécaniques observée est plus marquée à 60°C pour la section S₁, tandis que pour les sections S₂ et S₃, cela se produit autour de 100°C (résultats non présentés ici). Ces variations peuvent être expliquées par différents facteurs tels que la diminution de la teneur en eau du bois, des dégradations des éprouvettes (eg. fissuration du bois ou délaminage entre lamelles du BLC) et des dégradations chimiques. Les différences entre les sections S₁, S₂ et S₃ peuvent être dues à des effets d'échelle.

<figure><img src="image_185.png" /></figure>

Fig. 2 : Résistances en compression et Modules d'Young à différentes températures (20-150°C) pour les trois protocoles P₁, P₁bis et P₂ et pour la section S₁, pour le bois BLC. Les résultats sont normalisés par rapport à l'état de référence (notée avec l'indice 0) et la densité (désignée par *). 5 échantillons sont testés par température.

### Essais sur le lamellé-collé (P₃), effet de la température (20°C à 150°C) avec différentes durées d'échauffement (15min à 60min) pour les sections S₁, S₂ et S₃

Le protocole P₃ consistait à étuver les échantillons pendant des durées variables, comme indiqué précédemment. Les essais réalisés montrent que les résistances en compression ont tendance à diminuer pour les trois sections étudiées et les trois températures d'étuvage en fonction de la
durée d'étuvage (résultats non montrés ici). L'ensemble des résultats est discuté en fonction des pertes de masse après étuvage, des gradients thermiques, ainsi que des gradients hydriques induits lors de l'étuvage. En particulier, il est proposé une discussion sur les modes de rupture des échantillons qui diffèrent pour ce protocole par rapport aux autres protocoles (écrasement aux extrémités au lieu de fissures de cisaillement). Ces différences sont expliquées par rapport aux gradients hydriques observés dans les échantillons.

## Conclusions et perspectives

Ce travail a pour objectif d'évaluer les caractéristiques mécaniques, à savoir les résistances et les modules d'Young, de deux types de bois en fonction de la teneur en eau et de la température. D'une part, nous avons étudié le bois parfait (i.e. sans défauts), à température ambiante, en faisant varier la teneur en eau. D'autre part, nous avons analysé le bois lamellé-collé à différentes teneurs en eau en fonction de la température. Les résultats de notre étude ont révélé un effet opposé de la température et de la teneur en eau sur la résistance et la rigidité du bois.

Pour aborder la problématique liée au comportement mécanique des éléments en bois exposés à des incendies, en particulier pour les sections non carbonisées, il s'avère nécessaire de caractériser ses propriétés à des niveaux d'humidité plus élevés. Pour ce faire, nous prévoyons de mener des essais sur des échantillons de section S₁ (BLC), avec des essais similaires effectués sur les sections S₀ en bois de Sapin, en faisant varier les niveaux d'humidité et en exposant les échantillons à des températures approchant les 100°C. L'objectif de ces essais est de développer une relation qui permettra de décrire comment les propriétés mécaniques, telles que la résistance et le module d'Young, dépendent de la température et de la teneur en eau du bois. Enfin, des essais au feu seront réalisés sur des poutres dans différentes conditions et seront discutés à partir des résultats présentés ici. Ces travaux serviront de base pour intégrer les propriétés thermo-hydro-mécaniques dans des modèles de calcul couplés, lesquels pourront être validés grâce aux essais au feu réalisés sur les poutres.

## Références

- Eurocode 5 (2005) Conception et calcul des structures en bois, NF EN 1995-1-1,2.

- Gerhards C.C (1982) Effect of moisture content and temperature on the mechanical properties of wood, Wood Fiber (1):4-36.

- Guitard D (1987) Mécanique du matériau bois et composites, Cépaduès.

- Manthey M (2020) Rapport d'essais n° EEM/EA2R 2026087828, Etude de la résistance en compression en fonction de la température du matériau bois – épicéa, CSTB, France.

- White R.H, Shaffer (1981). Transient moisture gradient in fire-exposed wood slab. Wood and Fiber Science. 13(1): 17-38.

- Wood Handbook (1987) Wood as an engineering material, The Laboratory N°72, Department of Agriculture, United states.
durée d'étuvage (résultats non montrés ici). L'ensemble des résultats est discuté en fonction des pertes de masse après étuvage, des gradients thermiques, ainsi que des gradients hydriques induits lors de l'étuvage. En particulier, il est proposé une discussion sur les modes de rupture des échantillons qui diffèrent pour ce protocole par rapport aux autres protocoles (écrasement aux extrémités au lieu de fissures de cisaillement). Ces différences sont expliquées par rapport aux gradients hydriques observés dans les échantillons.

## Conclusions et perspectives

Ce travail a pour objectif d'évaluer les caractéristiques mécaniques, à savoir les résistances et les modules d'Young, de deux types de bois en fonction de la teneur en eau et de la température. D'une part, nous avons étudié le bois parfait (i.e. sans défauts), à température ambiante, en faisant varier la teneur en eau. D'autre part, nous avons analysé le bois lamellé-collé à différentes teneurs en eau en fonction de la température. Les résultats de notre étude ont révélé un effet opposé de la température et de la teneur en eau sur la résistance et la rigidité du bois.

Pour aborder la problématique liée au comportement mécanique des éléments en bois exposés à des incendies, en particulier pour les sections non carbonisées, il s'avère nécessaire de caractériser ses propriétés à des niveaux d'humidité plus élevés. Pour ce faire, nous prévoyons de mener des essais sur des échantillons de section S₁ (BLC), avec des essais similaires effectués sur les sections S₀ en bois de Sapin, en faisant varier les niveaux d'humidité et en exposant les échantillons à des températures approchant les 100°C. L'objectif de ces essais est de développer une relation qui permettra de décrire comment les propriétés mécaniques, telles que la résistance et le module d'Young, dépendent de la température et de la teneur en eau du bois. Enfin, des essais au feu seront réalisés sur des poutres dans différentes conditions et seront discutés à partir des résultats présentés ici. Ces travaux serviront de base pour intégrer les propriétés thermo-hydro-mécaniques dans des modèles de calcul couplés, lesquels pourront être validés grâce aux essais au feu réalisés sur les poutres.

## Références

- Eurocode 5 (2005) Conception et calcul des structures en bois, NF EN 1995-1-1,2.

- Gerhards C.C (1982) Effect of moisture content and temperature on the mechanical properties of wood, Wood Fiber (1):4-36.

- Guitard D (1987) Mécanique du matériau bois et composites, Cépaduès.

- Manthey M (2020) Rapport d'essais n° EEM/EA2R 2026087828, Etude de la résistance en compression en fonction de la température du matériau bois – épicéa, CSTB, France.

- White R.H, Shaffer (1981). Transient moisture gradient in fire-exposed wood slab. Wood and Fiber Science. 13(1): 17-38.

- Wood Handbook (1987) Wood as an engineering material, The Laboratory N°72, Department of Agriculture, United states.
# Mise en évidence par haubanage de la réponse thigmomorphogénétique de deux clones d'hévéa

ENGONGA EDZANG Arnauld<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, GRIL Joseph<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, MOUTOU PITTI Rostand<fnref n="2" />,<fnref n="3" />
BADEL Eric<fnref n="1" />

**Mots clefs :** *Hevea brasiliensis* ; vent ; acclimatation ; rigidité de flexion

## Contexte et objectifs

Les dégâts liés au vent représentent un problème majeur pour la production de latex en hévéaculture. On estime à près de 40% les pertes dues à la casse au vent des arbres sur une période de 30 ans correspondant à la durée d'exploitation d'une plantation (Clément-Demange et al. 1995). Les plantations industrielles d'hévéas sont organisées en parcelles monoclonales, ce qui a permis de mettre en évidence (à travers des observations) des différences interclonales de sensibilité à la casse. Aujourd'hui, les plants de culture sont sélectionnés pour leur productivité en latex, leur résistance aux maladies, leur croissance rapide, etc. ; mais aucun paramètre mécanique de sensibilité à la casse au vent n'a jamais été intégré dans les critères de choix du fait du manque d'outils adaptés pour leur évaluation par les sélectionneurs. Or, il a été démontré au cours de ces dernières décennies que la réaction des arbres face au vent n'est pas qu'une réaction mécanique passive mais bien un processus biomécanique : les arbres sont capables de réagir de manière active à des vents exceptionnels, en ajustant leur croissance (primaire et secondaire) pour mieux résister. Cette modification de la croissance sous l'effet des charges mécaniques externes (charge due au vent) est connue sous le nom de thigmomorphogenèse (Telewski et Jaffe 1986). Elle a lieu lorsque l'arbre est soumis à des coups de vents d'intensité relativement forte mais sans dommages. Les déformations de la tige (des branches charpentières et racines) sont perçues (Coutand et al. 2009, Moulia et al. 2015) et cette perception conduit à une réduction de la croissance en hauteur d'une part, à une stimulation de la croissance secondaire de la tige et des racines d'autre part. Tous ces changements de l'arbre suite aux stimuli mécaniques dus au vent ont un caractère bénéfique, car ils permettent à l'arbre de réduire sa sensibilité aux dommages dus au vent. Par ailleurs, des méthodes efficaces d'évaluation de cette capacité d'acclimatation ont été développées aussi bien sur des arbres adultes que sur des jeunes plants (Bonnesoeur et al. 2016, Niez et al. 2019). Dans le cadre de ce travail, on s'intéresse à variabilité interclonale de la capacité d'acclimatation de l'hévéa. Il s'agit ici de comparer la capacité d'acclimatation des clones IRCA825 et IRCA41 reconnus très productifs mais dont la sensibilité à la casse au vent est réputée contrastée (le IRCA825 sensible et le IRCA41 résistant à la casse). Pour ce faire, nous avons mis en place un dispositif d'haubanage dans des plantations d'hévéas en Côte d'Ivoire. Le haubanage supprime les déformations du tronc dues au vent et ainsi à annuler le processus d'acclimatation mécanique. Ce dispositif a été couplé à des essais mécaniques de flexion sur pied pour évaluer la rigidité de flexion (EI) et le module d'élasticité (MOE) des arbres et à terme la module de rupture.

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

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

<footnote n="3">³CENAREST, IRT, Libreville, Gabon
arnauld.engonga-edzang@inrae.fr</footnote>
# Mise en évidence par haubanage de la réponse thigmomorphogénétique de deux clones d'hévéa

ENGONGA EDZANG Arnauld<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, GRIL Joseph<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, MOUTOU PITTI Rostand<fnref n="2" />,<fnref n="3" />
BADEL Eric<fnref n="1" />

**Mots clefs :** *Hevea brasiliensis* ; vent ; acclimatation ; rigidité de flexion

## Contexte et objectifs

Les dégâts liés au vent représentent un problème majeur pour la production de latex en hévéaculture. On estime à près de 40% les pertes dues à la casse au vent des arbres sur une période de 30 ans correspondant à la durée d'exploitation d'une plantation (Clément-Demange et al. 1995). Les plantations industrielles d'hévéas sont organisées en parcelles monoclonales, ce qui a permis de mettre en évidence (à travers des observations) des différences interclonales de sensibilité à la casse. Aujourd'hui, les plants de culture sont sélectionnés pour leur productivité en latex, leur résistance aux maladies, leur croissance rapide, etc. ; mais aucun paramètre mécanique de sensibilité à la casse au vent n'a jamais été intégré dans les critères de choix du fait du manque d'outils adaptés pour leur évaluation par les sélectionneurs. Or, il a été démontré au cours de ces dernières décennies que la réaction des arbres face au vent n'est pas qu'une réaction mécanique passive mais bien un processus biomécanique : les arbres sont capables de réagir de manière active à des vents exceptionnels, en ajustant leur croissance (primaire et secondaire) pour mieux résister. Cette modification de la croissance sous l'effet des charges mécaniques externes (charge due au vent) est connue sous le nom de thigmomorphogenèse (Telewski et Jaffe 1986). Elle a lieu lorsque l'arbre est soumis à des coups de vents d'intensité relativement forte mais sans dommages. Les déformations de la tige (des branches charpentières et racines) sont perçues (Coutand et al. 2009, Moulia et al. 2015) et cette perception conduit à une réduction de la croissance en hauteur d'une part, à une stimulation de la croissance secondaire de la tige et des racines d'autre part. Tous ces changements de l'arbre suite aux stimuli mécaniques dus au vent ont un caractère bénéfique, car ils permettent à l'arbre de réduire sa sensibilité aux dommages dus au vent. Par ailleurs, des méthodes efficaces d'évaluation de cette capacité d'acclimatation ont été développées aussi bien sur des arbres adultes que sur des jeunes plants (Bonnesoeur et al. 2016, Niez et al. 2019). Dans le cadre de ce travail, on s'intéresse à variabilité interclonale de la capacité d'acclimatation de l'hévéa. Il s'agit ici de comparer la capacité d'acclimatation des clones IRCA825 et IRCA41 reconnus très productifs mais dont la sensibilité à la casse au vent est réputée contrastée (le IRCA825 sensible et le IRCA41 résistant à la casse). Pour ce faire, nous avons mis en place un dispositif d'haubanage dans des plantations d'hévéas en Côte d'Ivoire. Le haubanage supprime les déformations du tronc dues au vent et ainsi à annuler le processus d'acclimatation mécanique. Ce dispositif a été couplé à des essais mécaniques de flexion sur pied pour évaluer la rigidité de flexion (EI) et le module d'élasticité (MOE) des arbres et à terme la module de rupture.

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

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

<footnote n="3">³CENAREST, IRT, Libreville, Gabon
arnauld.engonga-edzang@inrae.fr</footnote>
## Matériel et méthode

Les expérimentations ont été menées dans des plantations d'hévéas de la SOGB (Société des Caoutchoucs de Grand-Béréby) au Sud-Ouest de la Cote d'Ivoire (4°40'41.4''N, 7°5'28.7''O). Dans ces parcelles, nous avons sélectionné 20 paires d'arbres de chaque clone. Les arbres constituants une paire étaient situés côte-à-côte et dans la même ligne comme le montre la Fig. 1a. Le dispositif expérimental était constitué de 20 paires d'arbres IRCA825 et 20 paires arbres IRCA41. Dans chaque paire nous avons haubané un arbre (Ha) et laissé un témoin non-haubané (NHa), soit un total de 40 arbres NHa et 40 arbres Ha. Les arbres sélectionnés avaient des troncs droits pour faciliter le haubanage et des circonférences initiales de 50 cm en moyenne (correspondant à la circonférence de mise en en saignée pour la production de latex).

<figure><img src="image_185.png" /><figcaption>Fig. 1 : a. Schéma du dispositif d'haubanage. b. Zoom de la zone de fixation du hauban sur le tronc dans la partie basse du houppier. c. Zoom de la zone d'ancrage du hauban au pied des arbres voisins.</figcaption></figure>

Le haubanage mis en place était constitué d'un système de 3 sangles à cliquet de 5 m de longueur ($F_{rupture}$=1500 daN), 3 câbles synthétiques de 8 mm de diamètre (COUSIN TRESTEC, Sequorope, E= 92 GPa, $F_{rupture}$=6500 daN), 3 maillons rapides de 6 mm de diamètre, 3 plaquettes fixes en acier de 8 mm d'épaisseur et des vis inoxydables (Fig. 1b et 1c). Après la mise en place du dispositif en décembre 2020, un suivi de la croissance secondaire de ces arbres a été mis en place tous les 6 mois à 1,70 m du sol.

Des essais de flexion sur pied ont été effectués après 28 mois de suivi de croissance, pour caractériser la rigidité de flexion EI des arbres issus des deux traitements (arbres NHa et Ha) et leur module d'élasticité MOE. Ces essais ont été effectués à l'aide d'un ensemble d'équipement (Fig. 2) constitué d'un câble synthétique (8 mm de diamètre et 6500 kg de capacité) placé dans le houppier (à 6 à 8 m selon la hauteur totale de l'arbre) de l'arbre à tester. Ce câble est relié à un dynamomètre, puis à un tire-câble qui est ancré au pied d'un autre arbre et qui permet de fléchir l'arbre (Fig. 2). Les déformations induites par le fléchissement de la tige sont mesurées à l'aide de capteurs de déformation (élastomètre) placés sur le tronc et issus du système de mesure PICUS TreeQinetic (Engonga et al 2022). Pour l'analyse des donnés de ces essais nous nous sommes appuyés sur la méthode d'analyse décrite par Engonga Edzang et al (2022).
## Matériel et méthode

Les expérimentations ont été menées dans des plantations d'hévéas de la SOGB (Société des Caoutchoucs de Grand-Béréby) au Sud-Ouest de la Cote d'Ivoire (4°40'41.4''N, 7°5'28.7''O). Dans ces parcelles, nous avons sélectionné 20 paires d'arbres de chaque clone. Les arbres constituants une paire étaient situés côte-à-côte et dans la même ligne comme le montre la Fig. 1a. Le dispositif expérimental était constitué de 20 paires d'arbres IRCA825 et 20 paires arbres IRCA41. Dans chaque paire nous avons haubané un arbre (Ha) et laissé un témoin non-haubané (NHa), soit un total de 40 arbres NHa et 40 arbres Ha. Les arbres sélectionnés avaient des troncs droits pour faciliter le haubanage et des circonférences initiales de 50 cm en moyenne (correspondant à la circonférence de mise en en saignée pour la production de latex).

<figure><img src="image_186.png" /><figcaption>Fig. 1 : a. Schéma du dispositif d'haubanage. b. Zoom de la zone de fixation du hauban sur le tronc dans la partie basse du houppier. c. Zoom de la zone d'ancrage du hauban au pied des arbres voisins.</figcaption></figure>

Le haubanage mis en place était constitué d'un système de 3 sangles à cliquet de 5 m de longueur ($F_{rupture}$=1500 daN), 3 câbles synthétiques de 8 mm de diamètre (COUSIN TRESTEC, Sequorope, E= 92 GPa, $F_{rupture}$=6500 daN), 3 maillons rapides de 6 mm de diamètre, 3 plaquettes fixes en acier de 8 mm d'épaisseur et des vis inoxydables (Fig. 1b et 1c). Après la mise en place du dispositif en décembre 2020, un suivi de la croissance secondaire de ces arbres a été mis en place tous les 6 mois à 1,70 m du sol.

Des essais de flexion sur pied ont été effectués après 28 mois de suivi de croissance, pour caractériser la rigidité de flexion EI des arbres issus des deux traitements (arbres NHa et Ha) et leur module d'élasticité MOE. Ces essais ont été effectués à l'aide d'un ensemble d'équipement (Fig. 2) constitué d'un câble synthétique (8 mm de diamètre et 6500 kg de capacité) placé dans le houppier (à 6 à 8 m selon la hauteur totale de l'arbre) de l'arbre à tester. Ce câble est relié à un dynamomètre, puis à un tire-câble qui est ancré au pied d'un autre arbre et qui permet de fléchir l'arbre (Fig. 2). Les déformations induites par le fléchissement de la tige sont mesurées à l'aide de capteurs de déformation (élastomètre) placés sur le tronc et issus du système de mesure PICUS TreeQinetic (Engonga et al 2022). Pour l'analyse des donnés de ces essais nous nous sommes appuyés sur la méthode d'analyse décrite par Engonga Edzang et al (2022).
<figure><img src="image_186.png" /></figure>

Fig. 2: Schéma du test de flexion non destructif, avec la position des différents capteurs. H hauteur totale de l'arbre, z<sub>F</sub> hauteur au point de fixation du câble sur l'arbre, z<sub>P</sub> hauteur du centre de gravité de la partie au-dessus de z<sub>F</sub>, β angle du câble avec l'horizontale, L<sub>TC</sub> distance de l'arbre au point d'ancrage du tire-câble à la base de l'arbre voisin, ε déformation mesurée par l'élastomètre, θ<sub>rs</sub> rotation du système racine-sol mesurée par l'inclinomètre, F force appliquée par le tire-fort, P poids du houppier, ΔL raccourcissement de la longueur du câble.

Résultats et discussion

Le suivi de croissance effectué sur les arbres NHa et Ha nous a permis de vérifier l'efficacité du dispositif de haubanage qui se traduit par la réduction de la croissance des arbres Ha. Il nous a également permis d'évaluer pour la première fois la capacité des clones d'hévéa IRCA825 et IRCA41 à percevoir les sollicitations mécaniques et à y répondre par les processus thigmomorphogénétiques. Chez le clone IRCA825 (Fig. 3), nous avons observé une différence de croissance de +33% entre les arbres Ha (soit une croissance de 6,3 cm en périmètre) et NHa (soit une croissance de 12,3 cm en périmètre) après 28 mois de traitement. Cette différence de croissance entre les arbres issus des deux traitements est typique d'une absence de perception de stimulations mécaniques dues au vent chez les arbres Ha. On observe également les effets du haubanage chez le clone IRCA41, avec une différence de croissance de +17% (Fig. 4) entre les arbres Ha (soit une croissance de 9,9 cm en périmètre) et Ha (soit une croissance de 11,6 cm en périmètre) sur la même période.

<figure><img src="image_187.png" /></figure>

Fig. 3 : Croissance secondaire moyenne du clone IRCA825 après 28 mois de traitement d'expérimentation (mesure du périmètre à 1.7 m)

<figure><img src="image_188.png" /></figure>

Fig. 4 : Croissance secondaire moyenne du cloneIRCA41 après 28 mois de traitement d'expérimentation (mesure du périmètre à 1.7 m)
<figure><img src="image_187.png" /></figure>

Fig. 2: Schéma du test de flexion non destructif, avec la position des différents capteurs. H hauteur totale de l'arbre, z<sub>F</sub> hauteur au point de fixation du câble sur l'arbre, z<sub>P</sub> hauteur du centre de gravité de la partie au-dessus de z<sub>F</sub>, β angle du câble avec l'horizontale, L<sub>TC</sub> distance de l'arbre au point d'ancrage du tire-câble à la base de l'arbre voisin, ε déformation mesurée par l'élastomètre, θ<sub>rs</sub> rotation du système racine-sol mesurée par l'inclinomètre, F force appliquée par le tire-fort, P poids du houppier, ΔL raccourcissement de la longueur du câble.

Résultats et discussion

Le suivi de croissance effectué sur les arbres NHa et Ha nous a permis de vérifier l'efficacité du dispositif de haubanage qui se traduit par la réduction de la croissance des arbres Ha. Il nous a également permis d'évaluer pour la première fois la capacité des clones d'hévéa IRCA825 et IRCA41 à percevoir les sollicitations mécaniques et à y répondre par les processus thigmomorphogénétiques. Chez le clone IRCA825 (Fig. 3), nous avons observé une différence de croissance de +33% entre les arbres Ha (soit une croissance de 6,3 cm en périmètre) et NHa (soit une croissance de 12,3 cm en périmètre) après 28 mois de traitement. Cette différence de croissance entre les arbres issus des deux traitements est typique d'une absence de perception de stimulations mécaniques dues au vent chez les arbres Ha. On observe également les effets du haubanage chez le clone IRCA41, avec une différence de croissance de +17% (Fig. 4) entre les arbres Ha (soit une croissance de 9,9 cm en périmètre) et Ha (soit une croissance de 11,6 cm en périmètre) sur la même période.

<figure><img src="image_188.png" /></figure>

Fig. 3 : Croissance secondaire moyenne du clone IRCA825 après 28 mois de traitement d'expérimentation (mesure du périmètre à 1.7 m)

<figure><img src="image_189.png" /></figure>

Fig. 4 : Croissance secondaire moyenne du cloneIRCA41 après 28 mois de traitement d'expérimentation (mesure du périmètre à 1.7 m)
Comme on pouvait s'y attendre, la différence de croissance secondaire observée se traduit par une plus forte rigidité de flexion des arbres non-haubanés comparativement aux arbres haubanés. Les histogrammes de la Fig. 5 montrent des différences de EI entre les arbres NHa et Ha de l'ordre de 26% chez le clone IRCA825 et de 20% chez le clone IRCA41. Les effets du haubanage sur les propriétés du bois vert sont un peu plus contrastés entre les deux clones. En effet, les histogrammes de la Fig. 6 montrent, chez le clone IRCA825, qu'il n'y a pas de différence nette de MOE entre les arbres NHa et Ha (soit 5%, avec *p*=0,365). Chez le clone IRCA41 en revanche, on observe une différence significative de MOE (avec *p*=0,017) de l'ordre de 9% entre NHa et Ha. Ainsi, l'absence de perception de stimulations mécaniques s'est traduit principalement par une réduction importante de la croissance secondaire chez le clone IRCA825. Chez le clone IRCA41, cette absence de perception s'est traduite par une réduction de la croissance secondaire avec une modification des propriétés du bois.

<figure><img src="image_189.png" /><figcaption>Fig. 5 : Rigidité de flexion mesurée sur pied à 1,7 m sur les clones IRCA825 et IRCA41</figcaption></figure>

<figure><img src="image_190.png" /><figcaption>Fig. 6 : Module d'élasticité du bois vert mesuré sur pied à 1,7 m sur les clones IRCA825 et IRCA41</figcaption></figure>

## Conclusion

Ce travail a permis de montrer que les clones d'hévéa IRCA825 et IRCA41 sont capables de percevoir les stimulations mécaniques dues au vent et d'y répondre. On note néanmoins des stratégies différentes d'acclimatation au vent entre ces deux clones. L'acclimatation au vent chez le clone IRCA825 (réputé sensible à la casse au vent) semble se traduire par une augmentation importante de la croissance secondaire. Chez le clone IRCA41 (réputé résistant à la casse au vent) en revanche, l'acclimatation au vent semble se traduire à la fois par une augmentation de la croissance secondaire mais aussi par une modulation des propriétés de son bois. Dans la suite de cette expérimentation de haubanage des arbres, il serait également intéressant d'évaluer les effets de ce traitement sur la résistance à la rupture des tiges et celui du bois chez les deux clones.

## Remerciements

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

## Références

Bonnesoeur V., Constant T., Moulia B., Fournier M. (2016) Forest trees filter chronic wind-signals to acclimate to high winds. New Phytol 210, 850-860.
https://doi.org/10.1111/nph.13836.
Comme on pouvait s'y attendre, la différence de croissance secondaire observée se traduit par une plus forte rigidité de flexion des arbres non-haubanés comparativement aux arbres haubanés. Les histogrammes de la Fig. 5 montrent des différences de EI entre les arbres NHa et Ha de l'ordre de 26% chez le clone IRCA825 et de 20% chez le clone IRCA41. Les effets du haubanage sur les propriétés du bois vert sont un peu plus contrastés entre les deux clones. En effet, les histogrammes de la Fig. 6 montrent, chez le clone IRCA825, qu'il n'y a pas de différence nette de MOE entre les arbres NHa et Ha (soit 5%, avec *p*=0,365). Chez le clone IRCA41 en revanche, on observe une différence significative de MOE (avec *p*=0,017) de l'ordre de 9% entre NHa et Ha. Ainsi, l'absence de perception de stimulations mécaniques s'est traduit principalement par une réduction importante de la croissance secondaire chez le clone IRCA825. Chez le clone IRCA41, cette absence de perception s'est traduite par une réduction de la croissance secondaire avec une modification des propriétés du bois.

<figure><img src="image_190.png" /><figcaption>Fig. 5 : Rigidité de flexion mesurée sur pied à 1,7 m sur les clones IRCA825 et IRCA41</figcaption></figure>

<figure><img src="image_191.png" /><figcaption>Fig. 6 : Module d'élasticité du bois vert mesuré sur pied à 1,7 m sur les clones IRCA825 et IRCA41</figcaption></figure>

## Conclusion

Ce travail a permis de montrer que les clones d'hévéa IRCA825 et IRCA41 sont capables de percevoir les stimulations mécaniques dues au vent et d'y répondre. On note néanmoins des stratégies différentes d'acclimatation au vent entre ces deux clones. L'acclimatation au vent chez le clone IRCA825 (réputé sensible à la casse au vent) semble se traduire par une augmentation importante de la croissance secondaire. Chez le clone IRCA41 (réputé résistant à la casse au vent) en revanche, l'acclimatation au vent semble se traduire à la fois par une augmentation de la croissance secondaire mais aussi par une modulation des propriétés de son bois. Dans la suite de cette expérimentation de haubanage des arbres, il serait également intéressant d'évaluer les effets de ce traitement sur la résistance à la rupture des tiges et celui du bois chez les deux clones.

## Remerciements

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

## Références

Bonnesoeur V., Constant T., Moulia B., Fournier M. (2016) Forest trees filter chronic wind-signals to acclimate to high winds. New Phytol 210, 850-860.
https://doi.org/10.1111/nph.13836.
Clément-Demange A., Nicolas D., Legnaté H., Rivano F., Le Guen V., Gnagne M.Y., Chapuset T. (1995) Hévéa: stratégies de sélection. Plantations, recherche, développement 2, 5-19.

Coutand C., Martin L., Leblanc-Fournier N., Decourteix M., Julien J.-L., Moulia B. (2009) Strain Mechanosensing Quantitatively Controls Diameter Growth and *PtaZFP2* Gene Expression in Poplar. Plant Physiol. 151, 223-232. https://doi.org/10.1104/pp.109.138164.

Engonga Edzang A.C., Niez B., Heim L., Fourcaud T., Gril J., Moulia B., Badel E. (2022) Wind safety of rubber trees in plantation: methodological analysis of bending experiments on inclined standing trees. *Bois & Forets des Tropiques* 354, 65-77. https://doi.org/10.19182/bft2022.354.a36912.

Engonga A., Badel E., Gril J., Moutou Pitti R. 2022. Caractérisation mécanique de produits issus du déroulage de peupliers agroforestiers. 11ème Journées scientifiques du GDR Sciences du Bois. Nice. 16-18 Nov. 2022 [hal-04136908v1](https://hal.inra.fr/04136908v1)

Moulia B., Coutand C., Julien J.-L. (2015) Mechanosensitive control of plant growth: bearing the load, sensing, transducing, and responding. Front. Plant Sci. 6. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00052.

Niez B., Dlouha J., Moulia B., Badel E. (2019) Water-stressed or not, the mechanical acclimation is a priority requirement for trees. Trees 33, 279-291. https://doi.org/10.1007/s00468-018-1776-y.

Telewski F.W., Jaffe M.J. (1986) Thigmomorphogenesis: Anatomical, morphological and mechanical analysis of genetically different sibs of Pinus taeda in response to mechanical perturbation. Physiol Plant 66, 219-226. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1986.tb02412.
Clément-Demange A., Nicolas D., Legnaté H., Rivano F., Le Guen V., Gnagne M.Y., Chapuset T. (1995) Hévéa: stratégies de sélection. Plantations, recherche, développement 2, 5-19.

Coutand C., Martin L., Leblanc-Fournier N., Decourteix M., Julien J.-L., Moulia B. (2009) Strain Mechanosensing Quantitatively Controls Diameter Growth and *PtaZFP2* Gene Expression in Poplar. Plant Physiol. 151, 223-232. https://doi.org/10.1104/pp.109.138164.

Engonga Edzang A.C., Niez B., Heim L., Fourcaud T., Gril J., Moulia B., Badel E. (2022) Wind safety of rubber trees in plantation: methodological analysis of bending experiments on inclined standing trees. *Bois & Forets des Tropiques* 354, 65-77. https://doi.org/10.19182/bft2022.354.a36912.

Engonga A., Badel E., Gril J., Moutou Pitti R. 2022. Caractérisation mécanique de produits issus du déroulage de peupliers agroforestiers. 11ème Journées scientifiques du GDR Sciences du Bois. Nice. 16-18 Nov. 2022 hal-04136908v1

Moulia B., Coutand C., Julien J.-L. (2015) Mechanosensitive control of plant growth: bearing the load, sensing, transducing, and responding. Front. Plant Sci. 6. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00052.

Niez B., Dlouha J., Moulia B., Badel E. (2019) Water-stressed or not, the mechanical acclimation is a priority requirement for trees. Trees 33, 279-291. https://doi.org/10.1007/s00468-018-1776-y.

Telewski F.W., Jaffe M.J. (1986) Thigmomorphogenesis: Anatomical, morphological and mechanical analysis of genetically different sibs of Pinus taeda in response to mechanical perturbation. Physiol Plant 66, 219-226. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1986.tb02412.
# Tropical agro-wastes for environmentally friendly non-load bearing bio-composites and comparative analysis with wood panels

MANSOUR Souha<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, VIRETTO Amandine<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, THEVENON Marie-France<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, BRANCHERIAU Loïc<fnref n="1" />,<fnref n="2" />

**Keywords:** tropical biomasses from West Africa, agricultural waste, biocomposite materials

## Context

This work is part of the BIO4AFRICA project (H2020-No 101000762) which aims to diversify incomes in rural areas of Africa through sustainable and locally replicable solutions. The project focuses on developing technologies adapted to the environment and improving traditional techniques in African rural contexts with the local biomass available to develop bio-sourced materials for habitat.

In this context, five agricultural residues issued from Côte d'Ivoire and Senegal were selected to produce composite panels for building applications as non-load-bearing materials. The selected biomasses are oil palm empty fruit bunches, rice husks, cocoa pods, millet stalks, Typha. All the listed biomasses have no nutritional value and their use in such applications is beneficial, first economically and second to reduce waste and solve the induced health and environmental problems (Veloso et al., 2021); they are left on plantation sites (Abdul et al., 2012) which is the main cause of many diseases in the Western Africa area. They are available in large quantities, seasonal, and present different inherent properties.

## Objectives

The objective of this study is the development of materials that represent environmental responsibility and are well-suited for use in tropical climates. It is important to take into consideration the significance of creating durable materials capable of withstanding the challenging conditions often found in tropical regions. Equally important, we are committed to minimizing the environmental impact associated with the entire production chain of these materials. This encompasses sourcing sustainable raw materials, employing eco-friendly manufacturing processes, and implementing waste reduction strategies.

This study is separated into three parts. Firstly, the characterization of the biomasses, then the fabrication and characterization of the composites, all while studying the effect of fiber/binder ratio and the intrinsic properties of the biomasses. Secondly, the role of the particle size will be studied and its effect on the panels' properties. Lastly, the research will explore the possibility of substituting the traditional binder used in the first two parts, which is melamine urea formaldehyde, with bio-sourced binders, ultimately striving for the development of 100% bio-sourced composites.

All the panels produced during this work will be compared with commercial wood panels used at the moment as non-load-bearing materials in the habitat sector. Characterization tests will be conducted on both the biocomposites produced and the wood panels to facilitate a comprehensive and distinct comparison between the two.

<footnote n="1">¹CIRAD, UPR BioWooEB, F-34398 Montpellier, France.</footnote>

<footnote n="2">²BioWooEB, Univ Montpellier, CIRAD, Montpellier, France.
souha.mansour@cirad.fr</footnote>
# Tropical agro-wastes for environmentally friendly non-load bearing bio-composites and comparative analysis with wood panels

MANSOUR Souha<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, VIRETTO Amandine<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, THEVENON Marie-France<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, BRANCHERIAU Loïc<fnref n="1" />,<fnref n="2" />

**Keywords:** tropical biomasses from West Africa, agricultural waste, biocomposite materials

## Context

This work is part of the BIO4AFRICA project (H2020-No 101000762) which aims to diversify incomes in rural areas of Africa through sustainable and locally replicable solutions. The project focuses on developing technologies adapted to the environment and improving traditional techniques in African rural contexts with the local biomass available to develop bio-sourced materials for habitat.

In this context, five agricultural residues issued from Côte d'Ivoire and Senegal were selected to produce composite panels for building applications as non-load-bearing materials. The selected biomasses are oil palm empty fruit bunches, rice husks, cocoa pods, millet stalks, Typha. All the listed biomasses have no nutritional value and their use in such applications is beneficial, first economically and second to reduce waste and solve the induced health and environmental problems (Veloso et al., 2021); they are left on plantation sites (Abdul et al., 2012) which is the main cause of many diseases in the Western Africa area. They are available in large quantities, seasonal, and present different inherent properties.

## Objectives

The objective of this study is the development of materials that represent environmental responsibility and are well-suited for use in tropical climates. It is important to take into consideration the significance of creating durable materials capable of withstanding the challenging conditions often found in tropical regions. Equally important, we are committed to minimizing the environmental impact associated with the entire production chain of these materials. This encompasses sourcing sustainable raw materials, employing eco-friendly manufacturing processes, and implementing waste reduction strategies.

This study is separated into three parts. Firstly, the characterization of the biomasses, then the fabrication and characterization of the composites, all while studying the effect of fiber/binder ratio and the intrinsic properties of the biomasses. Secondly, the role of the particle size will be studied and its effect on the panels' properties. Lastly, the research will explore the possibility of substituting the traditional binder used in the first two parts, which is melamine urea formaldehyde, with bio-sourced binders, ultimately striving for the development of 100% bio-sourced composites.

All the panels produced during this work will be compared with commercial wood panels used at the moment as non-load-bearing materials in the habitat sector. Characterization tests will be conducted on both the biocomposites produced and the wood panels to facilitate a comprehensive and distinct comparison between the two.

<footnote n="1">¹CIRAD, UPR BioWooEB, F-34398 Montpellier, France.</footnote>

<footnote n="2">²BioWooEB, Univ Montpellier, CIRAD, Montpellier, France.
souha.mansour@cirad.fr</footnote>
# Material and methods

## Biomass preparation

The biomasses sourced from Senegal and Ivory Coast (Fig. 1) underwent an initial drying process at 80°C for 24 hours to remove moisture content. Following this, they were subjected to milling using the Retsch SM100 mill with a 6 mm sieve. Due to the large size of these materials, this milling step was essential to reduce the size for the analysis of the biomasses and their incorporation in the composites.

## Biomass characterizations

The characterization process involved several distinct steps. Initially, the biomasses underwent a sieving procedure using the Endecotts sieve shaker model EFL 2000 (sieve from 5 mm to 0.1 µm). This sieving aimed to establish a granulometric distribution, which holds significance for the subsequent phase of the study.

<figure><img src="image_191.png" /><figcaption>Fig. 1 : Microscopic view of the five biomasses (x8)</figcaption></figure>

Following this, a thermogravimetric analysis was conducted using the Mettler Toledo Thermal Analysis instrument. This analysis involved subjecting the biomasses to a temperature range from 30 to 800 °C, with a heating rate of 10 °C/min, in two different atmospheres: air and nitrogen. The third test encompassed the determination of chemical composition through the ANKOM 200 fiber analyzer. To prepare for this assessment, the biomasses were ground to a size of 1 cm and then placed in filter bags. This procedure facilitated the determination of cellulose, hemicellulose, and lignin quantities and ratios in the materials. In addition to these major components, ash and humidity contents were also evaluated to determine the global chemical composition. Subsequently, Near-infrared spectroscopy, performed using PerkinElmer's Spectrum Two™ equipment, was employed to study the constituents of the fibers. A correlation could be made between these two methods which determine the chemical composition. To assess durability in the face of termite infestation, a dedicated screening test was conducted on raw biomass according to the method of Boer et al. (2021). Finally, the last carried out analysis on the produced grounded fibers will be the measurement of color.
# Material and methods

## Biomass preparation

The biomasses sourced from Senegal and Ivory Coast (Fig. 1) underwent an initial drying process at 80°C for 24 hours to remove moisture content. Following this, they were subjected to milling using the Retsch SM100 mill with a 6 mm sieve. Due to the large size of these materials, this milling step was essential to reduce the size for the analysis of the biomasses and their incorporation in the composites.

## Biomass characterizations

The characterization process involved several distinct steps. Initially, the biomasses underwent a sieving procedure using the Endecotts sieve shaker model EFL 2000 (sieve from 5 mm to 0.1 µm). This sieving aimed to establish a granulometric distribution, which holds significance for the subsequent phase of the study.

<figure><img src="image_192.png" /><figcaption>Fig. 1 : Microscopic view of the five biomasses (x8)</figcaption></figure>

Following this, a thermogravimetric analysis was conducted using the Mettler Toledo Thermal Analysis instrument. This analysis involved subjecting the biomasses to a temperature range from 30 to 800 °C, with a heating rate of 10 °C/min, in two different atmospheres: air and nitrogen. The third test encompassed the determination of chemical composition through the ANKOM 200 fiber analyzer. To prepare for this assessment, the biomasses were ground to a size of 1 cm and then placed in filter bags. This procedure facilitated the determination of cellulose, hemicellulose, and lignin quantities and ratios in the materials. In addition to these major components, ash and humidity contents were also evaluated to determine the global chemical composition. Subsequently, Near-infrared spectroscopy, performed using PerkinElmer's Spectrum Two™ equipment, was employed to study the constituents of the fibers. A correlation could be made between these two methods which determine the chemical composition. To assess durability in the face of termite infestation, a dedicated screening test was conducted on raw biomass according to the method of Boer et al. (2021). Finally, the last carried out analysis on the produced grounded fibers will be the measurement of color.
## Composites formulation

A heating hydraulic press (MIB, 100T) will be utilized for the production of panels measuring 40×40×1 cm. The grounded fibers were blended with Melamine Urea Formaldehyde (MUF) as binder which requires a temperature of 120°C to react.

## Expected results

Following the fabrication of the panels, an extensive characterization process will follow, delving into various aspects as physico-chemical, mechanical, thermal and biological properties. These include an examination of their density, porosity, coloration, resistance to termites and fungi, thermal conductivity, fire resistance, mechanical strength, acoustic properties, and their response to water absorption. It is anticipated that the results obtained will likely differ from those observed in the case of wood panels; however, this comparative analysis will elucidate the distinctions between the two types of composite materials.

Regarding the fiber-to-binder ratio, it is anticipated to range between 80/20 and 60/40, with preliminary indications suggesting that the 80/20 ratio may yield more efficient outcomes. It is essential to note that particle size and the nature of the biomass used will significantly influence the final properties of the biocomposite materials.

In the subsequent phase, natural binders will be incorporated in order to replace MUF, but the expectation is not necessarily that they will outperform. Instead, the aim is to assess if the values achieved are within a close range of efficiency. If this proves to be the case, the preference will lean toward the utilization of a 100% bio-sourced material, aligning with sustainability goals.

## References

Abdul H.P.S., Jawaid M., Hassan A., Paridah M.T., Zaido A. (2012) Oil Palm Biomass Fibres and Recent Advancement in Oil Palm Biomass Fibres Based Hybrid Biocomposites. Composites and Their Applications, June 2014. https://doi.org/10.5772/48235

Boer F.D., Valette J., Commandré J., Fournier M., Thévenon M. (2021) Slow Pyrolysis of Sugarcane Bagasse for the Production of Char and the Potential of Its By-Product for Wood Protection. Journal of Renewable Materials, 9(1), 97–117. https://doi.org/10.32604/jrm.2021.013147

Veloso M.C.R., Scatolino M.V., Gonçalves M.M.B.P., Valle M.L.A., de Paula Protásio T., Mendes L.M., Junior J.B.G. (2021) Sustainable valorization of recycled low-density polyethylene and cocoa biomass for composite production. Environmental Science and Pollution Research, 28(25), 32810–32822. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13061-y
## Composites formulation

A heating hydraulic press (MIB, 100T) will be utilized for the production of panels measuring 40×40×1 cm. The grounded fibers were blended with Melamine Urea Formaldehyde (MUF) as binder which requires a temperature of 120°C to react.

## Expected results

Following the fabrication of the panels, an extensive characterization process will follow, delving into various aspects as physico-chemical, mechanical, thermal and biological properties. These include an examination of their density, porosity, coloration, resistance to termites and fungi, thermal conductivity, fire resistance, mechanical strength, acoustic properties, and their response to water absorption. It is anticipated that the results obtained will likely differ from those observed in the case of wood panels; however, this comparative analysis will elucidate the distinctions between the two types of composite materials.

Regarding the fiber-to-binder ratio, it is anticipated to range between 80/20 and 60/40, with preliminary indications suggesting that the 80/20 ratio may yield more efficient outcomes. It is essential to note that particle size and the nature of the biomass used will significantly influence the final properties of the biocomposite materials.

In the subsequent phase, natural binders will be incorporated in order to replace MUF, but the expectation is not necessarily that they will outperform. Instead, the aim is to assess if the values achieved are within a close range of efficiency. If this proves to be the case, the preference will lean toward the utilization of a 100% bio-sourced material, aligning with sustainability goals.

## References

Abdul H.P.S., Jawaid M., Hassan A., Paridah M.T., Zaido A. (2012) Oil Palm Biomass Fibres and Recent Advancement in Oil Palm Biomass Fibres Based Hybrid Biocomposites. Composites and Their Applications, June 2014. https://doi.org/10.5772/48235

Boer F.D., Valette J., Commandré J., Fournier M., Thévenon M. (2021) Slow Pyrolysis of Sugarcane Bagasse for the Production of Char and the Potential of Its By-Product for Wood Protection. Journal of Renewable Materials, 9(1), 97–117. https://doi.org/10.32604/jrm.2021.013147

Veloso M.C.R., Scatolino M.V., Gonçalves M.M.B.P., Valle M.L.A., de Paula Protásio T., Mendes L.M., Junior J.B.G. (2021) Sustainable valorization of recycled low-density polyethylene and cocoa biomass for composite production. Environmental Science and Pollution Research, 28(25), 32810–32822. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13061-y
# Modélisation des déformations de placages et contreplaqués

KACHOUH Cyril¹, GIRARDON Stéphane¹, DENAUD Louis¹,
MARCEL-MATHEY Thibaud¹, VIGUIER Joffrey¹

¹Laboratoire des Matériaux et Procédés (LaBoMaP) – EA 3633
[caa.kachouh@gmail.com](mailto:caa.kachouh@gmail.com)

**Mots clefs :** Bois ; Modélisation ; Déformation ; Contreplaqué ; Ondulation ; Déroulage

## Contexte

Pour de nombreuses applications, l'usage du bois a par le passé été abandonné au profit de matériaux (plastique, acier, ...) créés par l'homme et dont les propriétés sont maitrisées et bien connues. A l'heure des crises écologiques et des pénuries de matériaux fossiles, les consciences cherchent à retourner vers le matériau bois. Naturel, et présent en grande quantité, le bois possède des performances techniques compatibles avec ces usages et la faible énergie requise pour sa mise en forme ou son usinage représente de plus un atout. Plusieurs démarches tendent donc d'inverser cette tendance et de développer l'usage du bois.

Le bois et spécifiquement les panneaux à base de bois type contreplaqué, possède une variabilité intrinsèque due à son origine naturelle. Dans un contexte où l'industrie est de plus en plus automatisée pour éviter sa délocalisation, des variations de formes (dues au procédé ou à la présence de singularités dans le matériau) peuvent entraver le fonctionnement des process (difficulté de préhension par un robot par exemple).

L'utilisation de placages issus du déroulage constitue une excellente piste pour limiter les émissions de CO2 des industries du transport et de la construction de par la souplesse de conception qu'elle offre et l'optimisation possible des propriétés des produits reconstitués. Le développement des produits à base de placages de bois vers des usages de masse dans les filières nécessite cependant une approche permettant d'intégrer les spécificités inhérentes à ce matériau pour être compétitif vis-à-vis de produits issus de la pétrochimie ou de composites fibreux à renfort de fibre de carbone par exemple.

## Objectifs

L'objectif de ce projet est d'étudier le procédé du déroulage afin de maîtriser et de contrôler les déformations lors de variations hydriques de placages et contreplaqués. Ce procédé consiste à « dérouler » une bille de bois pour en faire un ruban continu de faible épaisseur qui est alors massicoté aux dimensions voulues, on parle de placages. Ces placages sont ensuite séchés et peuvent être utilisés dans la fabrication de panneaux de contreplaqués après encollage puis pressage des placages.

De par l'aspect naturel et variable du bois, sa transformation par déroulage engendre des défauts divers (présence de fentes, fissuration cyclique, variation d'épaisseur...). En amont de l'étape de collage indispensable à la fabrication de tout type de produit multiplis à base de placages, il est nécessaire de passer par une étape de séchage de ces derniers. Ce séchage fait parfois apparaître des ondulations sur les placages dues à des différences de retraits (variations dimensionnelles lorsque le taux d'humidité évolue) entre deux zones adjacentes.

Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension et de modéliser les phénomènes de déformations des produits à deux échelles :
# Modélisation des déformations de placages et contreplaqués

KACHOUH Cyril¹, GIRARDON Stéphane¹, DENAUD Louis¹,
MARCEL-MATHEY Thibaud¹, VIGUIER Joffrey¹

¹Laboratoire des Matériaux et Procédés (LaBoMaP) – EA 3633
[caa.kachouh@gmail.com](mailto:caa.kachouh@gmail.com)

**Mots clefs** : Bois ; Modélisation ; Déformation ; Contreplaqué ; Ondulation ; Déroulage

## Contexte

Pour de nombreuses applications, l'usage du bois a par le passé été abandonné au profit de matériaux (plastique, acier, ...) créés par l'homme et dont les propriétés sont maitrisées et bien connues. A l'heure des crises écologiques et des pénuries de matériaux fossiles, les consciences cherchent à retourner vers le matériau bois. Naturel, et présent en grande quantité, le bois possède des performances techniques compatibles avec ces usages et la faible énergie requise pour sa mise en forme ou son usinage représente de plus un atout. Plusieurs démarches tendent donc d'inverser cette tendance et de développer l'usage du bois.

Le bois et spécifiquement les panneaux à base de bois type contreplaqué, possède une variabilité intrinsèque due à son origine naturelle. Dans un contexte où l'industrie est de plus en plus automatisée pour éviter sa délocalisation, des variations de formes (dues au procédé ou à la présence de singularités dans le matériau) peuvent entraver le fonctionnement des process (difficulté de préhension par un robot par exemple).

L'utilisation de placages issus du déroulage constitue une excellente piste pour limiter les émissions de CO2 des industries du transport et de la construction de par la souplesse de conception qu'elle offre et l'optimisation possible des propriétés des produits reconstitués. Le développement des produits à base de placages de bois vers des usages de masse dans les filières nécessite cependant une approche permettant d'intégrer les spécificités inhérentes à ce matériau pour être compétitif vis-à-vis de produits issus de la pétrochimie ou de composites fibreux à renfort de fibre de carbone par exemple.

## Objectifs

L'objectif de ce projet est d'étudier le procédé du déroulage afin de maîtriser et de contrôler les déformations lors de variations hydriques de placages et contreplaqués. Ce procédé consiste à « dérouler » une bille de bois pour en faire un ruban continu de faible épaisseur qui est alors massicoté aux dimensions voulues, on parle de placages. Ces placages sont ensuite séchés et peuvent être utilisés dans la fabrication de panneaux de contreplaqués après encollage puis pressage des placages.

De par l'aspect naturel et variable du bois, sa transformation par déroulage engendre des défauts divers (présence de fentes, fissuration cyclique, variation d'épaisseur...). En amont de l'étape de collage indispensable à la fabrication de tout type de produit multiplis à base de placages, il est nécessaire de passer par une étape de séchage de ces derniers. Ce séchage fait parfois apparaître des ondulations sur les placages dues à des différences de retraits (variations dimensionnelles lorsque le taux d'humidité évolue) entre deux zones adjacentes.

Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension et de modéliser les phénomènes de déformations des produits à deux échelles :
- A l'échelle du placage, afin d'améliorer la productivité et de faciliter l'automatisation des unités de production de panneaux à base de placages,

- A l'échelle du panneau, pour limiter les rebuts dus à des déformations excessives et/ou faciliter l'automatisation des unités de troisième transformation consommatrices de panneaux à base de placages.

## Matériel

La plateforme technologique WoMaM du LaBoMaP est équipée d'une ligne complète de déroulage industrielle comme illustré dans la Fig. 1 (emballage léger) permettant de dérouler des billons (tronçon d'un tronc d'arbre). Des capteurs sont agencés sur l'intégralité de cette dérouleuse afin d'acquérir les paramètres nécessaires à la compréhension du phénomène (mesure locale de l'orientation des fibres, un système de mesure de la fissuration et un système de mesure de l'ondulation des placages secs (SWAN) fonctionnant sur le principe de la triangulation laser, Fig. 2).

<figure><img src="image_192.png" /><figcaption>Fig. 1 : Dérouleuse industrielle et instrumentée du laboratoire</figcaption></figure>

<figure><img src="image_193.png" /><figcaption>Fig. 2 : Appareil de mesure des ondulations de placages (System Of Wayviness Analysis)</figcaption></figure>

## Travail prévu

### Premier axe : Modélisation des ondulations des placages

Le premier axe du projet portera sur la compréhension et la modélisation des ondulations de placages lors de leur séchage. La littérature scientifique sur le sujet, et particulièrement les travaux de Gornik Bučar et Gospodarič (2016) P. Pulkkinen et al. (2000), est assez ancienne et porte principalement sur l'influence des paramètres du procédé ou des défauts du bois sur les ondulations de placages. À notre connaissance, il n'existe pas d'étude tirant parti de la mesure fine de singularités locales pour modéliser les ondulations à l'échelle d'un placage, probablement, car cette mesure n'a été que peu réalisée dans la littérature scientifique sur des placages faute de disposer de scanners adaptés.
- A l'échelle du placage, afin d'améliorer la productivité et de faciliter l'automatisation des unités de production de panneaux à base de placages,

- A l'échelle du panneau, pour limiter les rebuts dus à des déformations excessives et/ou faciliter l'automatisation des unités de troisième transformation consommatrices de panneaux à base de placages.

## Matériel

La plateforme technologique WoMaM du LaBoMaP est équipée d'une ligne complète de déroulage industrielle comme illustré dans la Fig. 1 (emballage léger) permettant de dérouler des billons (tronçon d'un tronc d'arbre). Des capteurs sont agencés sur l'intégralité de cette dérouleuse afin d'acquérir les paramètres nécessaires à la compréhension du phénomène (mesure locale de l'orientation des fibres, un système de mesure de la fissuration et un système de mesure de l'ondulation des placages secs (SWAN) fonctionnant sur le principe de la triangulation laser, Fig. 2).

<figure><img src="image_193.png" /><figcaption>Fig. 1 : Dérouleuse industrielle et instrumentée du laboratoire</figcaption></figure>

<figure><img src="image_194.png" /><figcaption>Fig. 2 : Appareil de mesure des ondulations de placages (System Of Wayviness Analysis)</figcaption></figure>

## Travail prévu

### Premier axe : Modélisation des ondulations des placages

Le premier axe du projet portera sur la compréhension et la modélisation des ondulations de placages lors de leur séchage. La littérature scientifique sur le sujet, et particulièrement les travaux de Gornik Bučar et Gospodarič (2016) P. Pulkkinen et al. (2000), est assez ancienne et porte principalement sur l'influence des paramètres du procédé ou des défauts du bois sur les ondulations de placages. À notre connaissance, il n'existe pas d'étude tirant parti de la mesure fine de singularités locales pour modéliser les ondulations à l'échelle d'un placage, probablement, car cette mesure n'a été que peu réalisée dans la littérature scientifique sur des placages faute de disposer de scanners adaptés.
Ainsi, dans le cadre de cette thèse, la démarche proposée consiste en la mesure des propriétés du matériaux à l'échelle locale sur les placages influençant le retrait du bois. Ces mesures seront intégrées dans des modélisations (statistiques ou éléments finis) pour prédire leur éventuelle ondulation après séchage et les défauts de forme des produits multiplis reconstitués à partir de ces placages.

## Deuxième axe : Modélisation des déformations de panneaux

Plusieurs travaux scientifiques ont traité des déformations des panneaux multiplis constitués de placages déroulés. En particulier, des études complètes et structurées des causes de déformation des placages plats ou moulés, comme les travaux de Blomqvist (2015) et ceux de Blomqvist et al. (2014), ont permis de mettre en évidence différents facteurs responsables de l'apparition de déformations des panneaux :

- La composition des panneaux multiplis : le fait par exemple de ne pas respecter une structuration symétrique des panneaux par rapport à la direction des fibres est extrêmement défavorable,

- Les hétérogénéités d'humidité des plis : un soin tout particulier doit être apporté pour limiter leur hétérogénéité ou rendre symétrique la répartition des plis dont l'humidité est comparable. Cette étape impose un séchage et des conditions de stockage des placages maîtrisés,

- La nature des adhésifs employés et leurs protocoles d'application pour la constitution des panneaux ou encore les paramètres de pressage (en particulier de pression et de température) employés pour faire réticuler la colle.

Ces différents paramètres viendront s'ajouter aux types de singularités mesurées sur les placages constitutifs des panneaux. La démarche scientifique consistera donc en la réalisation de multiplis (plats ou moulés) à partir de placages caractérisés à l'aide des mêmes mesures de singularités mentionnées dans l'Axe 1 tout en contrôlant les paramètres du procédé de constitution du multiplis. Les propriétés locales seront alors, de manière analogue aux travaux proposés dans l'Axe 1, intégrées dans des modèles mécaniques numériques afin de prédire les déformations des multiplis. Les résultats de ces modélisations seront comparés à la réalité expérimentale des déformations (subies ou provoquées pour en faciliter l'étude) des panneaux multiplis.

## Remerciements

Cette étude est financée par la région Bourgogne Franche-Comté

## Références

Gornik Bučar D, Gospodarič B (2016) Waviness of beech sliced veneer, Acta Silvae Ligni, no 110, p. 15-26.

Pulkkinen P, Hanhijarvi A, Rohumaa A, Sundman S, Hyttinen P, Sokka K, Paajanen T (2000) Veneer drying. Viilun kuivaus. Puumateriaalin ja kuivausprosessin vaikutukset tuoteominaisuuksiin (Effects of wood raw material and drying process on product properties). Finland.

Blomqvist L (2015) Shape stability of laminated veneer products—a review—defining and achieving shape stability, Int. Wood Prod. J., vol. 6, no 2, p. 89-95.

Blomqvist L, Sandberg D, Johansson J (2014) Influence of veneer orientation on shape stability of plane laminated veneer products, Wood Mater. Sci. Eng., vol. 9, no 4, p. 224-232.
Ainsi, dans le cadre de cette thèse, la démarche proposée consiste en la mesure des propriétés du matériaux à l'échelle locale sur les placages influençant le retrait du bois. Ces mesures seront intégrées dans des modélisations (statistiques ou éléments finis) pour prédire leur éventuelle ondulation après séchage et les défauts de forme des produits multiplis reconstitués à partir de ces placages.

## Deuxième axe : Modélisation des déformations de panneaux

Plusieurs travaux scientifiques ont traité des déformations des panneaux multiplis constitués de placages déroulés. En particulier, des études complètes et structurées des causes de déformation des placages plats ou moulés, comme les travaux de Blomqvist (2015) et ceux de Blomqvist et al. (2014), ont permis de mettre en évidence différents facteurs responsables de l'apparition de déformations des panneaux :

- La composition des panneaux multiplis : le fait par exemple de ne pas respecter une structuration symétrique des panneaux par rapport à la direction des fibres est extrêmement défavorable,

- Les hétérogénéités d'humidité des plis : un soin tout particulier doit être apporté pour limiter leur hétérogénéité ou rendre symétrique la répartition des plis dont l'humidité est comparable. Cette étape impose un séchage et des conditions de stockage des placages maîtrisés,

- La nature des adhésifs employés et leurs protocoles d'application pour la constitution des panneaux ou encore les paramètres de pressage (en particulier de pression et de température) employés pour faire réticuler la colle.

Ces différents paramètres viendront s'ajouter aux types de singularités mesurées sur les placages constitutifs des panneaux. La démarche scientifique consistera donc en la réalisation de multiplis (plats ou moulés) à partir de placages caractérisés à l'aide des mêmes mesures de singularités mentionnées dans l'Axe 1 tout en contrôlant les paramètres du procédé de constitution du multiplis. Les propriétés locales seront alors, de manière analogue aux travaux proposés dans l'Axe 1, intégrées dans des modèles mécaniques numériques afin de prédire les déformations des multiplis. Les résultats de ces modélisations seront comparés à la réalité expérimentale des déformations (subies ou provoquées pour en faciliter l'étude) des panneaux multiplis.

## Remerciements

Cette étude est financée par la région Bourgogne Franche-Comté

## Références

Gornik Bučar D, Gospodarič B (2016) Waviness of beech sliced veneer, Acta Silvae Ligni, no 110, p. 15-26.

Pulkkinen P, Hanhijarvi A, Rohumaa A, Sundman S, Hyttinen P, Sokka K, Paajanen T (2000) Veneer drying. Viilun kuivaus. Puumateriaalin ja kuivausprosessin vaikutukset tuoteominaisuuksiin (Effects of wood raw material and drying process on product properties). Finland.

Blomqvist L (2015) Shape stability of laminated veneer products—a review—defining and achieving shape stability, Int. Wood Prod. J., vol. 6, no 2, p. 89-95.

Blomqvist L, Sandberg D, Johansson J (2014) Influence of veneer orientation on shape stability of plane laminated veneer products, Wood Mater. Sci. Eng., vol. 9, no 4, p. 224-232.
# WoodSun : un projet collaboratif de science ouverte du GDR 3544
## Sciences du Bois : la structure du bois agrandie en 3D.

BADEL Eric<fnref n="1" />, ARNOULD Olivier<fnref n="2" />,<fnref n="3" />, BOZONNET Cyril<fnref n="1" />, CONCHON Pierre<fnref n="1" />, DUHAMEL Yvan<fnref n="3" />, RUELLE Julien<fnref n="4" />, VIGUIER Joffrey<fnref n="5" />

**Mots clef:** bois, anatomie, microtomographie à rayons X, fabrication additive, science ouverte

## Contexte et objectifs

Le bois est un matériau cellulaire complexe par son hétérogénéité et sa variabilité. Le premier niveau de variabilité est celui de l'espèce, laquelle pilote l'organisation du plan ligneux, qui lui est spécifique. Mais au sein d'une même espèce, avec le même bagage génétique, chaque arbre a son propre mode de croissance, de formation du bois, lesquels sont alors fortement dépendants de la région, de la placette, dans laquelle il se développe mais aussi de l'environnement local de l'individu. Enfin, chaque année, chaque saison impose ses conditions environnementales de croissance qui vont moduler les processus biologiques. A cela se rajoutent les spécificités locales du bois liées à des développements particuliers tels que les nœuds, la présence de bois de réaction, etc.

Mais, finalement, même parmi ceux qui travaillent le bois quotidiennement, peu nombreux sont ceux qui ont l'occasion d'observer du bois sous microscope pour en apprécier toute sa complexité et la diversité de ses structures. Et pourtant les enseignants, en lycée, à l'université, dans une école d'ingénieur de sciences du bois, qui souhaitent montrer ces structures fascinantes à leurs élèves sont nombreux.

Il existe maintenant une solution théoriquement simple, un peu plus complexe à mettre en œuvre, qui permet de mettre dans les mains de tous, un objet, copie conforme d'une structure anatomique de bois en 3D.

## Matériels et méthodes

La première étape consiste à réaliser un scan d'un échantillon de bois grâce à une technologie de microtomographie à rayon X. Complètement non invasive, cette technique s'est imposée pour observer la structure interne d'échantillons sans aucune préparation ni découpe (Badel et al. 2008, Charra-Vaskou et al. 2012, Dalla-Salda et al. 2014). La microtomographie à rayons X consiste à réaliser de nombreuses radiographies 2D, ou « projections », d'un échantillon fixé sur une platine de rotation. Ces projections représentent des cartographies d'absorption de l'échantillon, intégrées sous différents angles. L'ensemble de ces projections est alors passé dans un algorithme, la « reconstruction », qui permet d'obtenir la cartographie 3D complète de la pièce de bois. Le résultat est un fichier image 3D.

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

<footnote n="2">² LMGC, Université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France</footnote>

<footnote n="3">³ Pro3D, Université de Montpellier, Montpellier, France</footnote>

<footnote n="4">⁴ Université de Lorraine, AgroParisTech, INRAE, UMR Silva, 54000 Nancy, France</footnote>

<footnote n="5">⁵ Arts et Métiers Sciences et Technologies, LABOMAP, Université Bourgogne Franche-Comté, HESAM Université, 71250 Cluny, France
[eric.badel@inrae.fr](mailto:eric.badel@inrae.fr)</footnote>
# WoodSun : un projet collaboratif de science ouverte du GDR 3544
## Sciences du Bois : la structure du bois agrandie en 3D.

BADEL Eric<fnref n="1" />, ARNOULD Olivier<fnref n="2" />,<fnref n="3" />, BOZONNET Cyril<fnref n="1" />, CONCHON Pierre<fnref n="1" />, DUHAMEL Yvan<fnref n="3" />, RUELLE Julien<fnref n="4" />, VIGUIER Joffrey<fnref n="5" />

**Mots clef:** bois, anatomie, microtomographie à rayons X, fabrication additive, science ouverte

## Contexte et objectifs

Le bois est un matériau cellulaire complexe par son hétérogénéité et sa variabilité. Le premier niveau de variabilité est celui de l'espèce, laquelle pilote l'organisation du plan ligneux, qui lui est spécifique. Mais au sein d'une même espèce, avec le même bagage génétique, chaque arbre a son propre mode de croissance, de formation du bois, lesquels sont alors fortement dépendants de la région, de la placette, dans laquelle il se développe mais aussi de l'environnement local de l'individu. Enfin, chaque année, chaque saison impose ses conditions environnementales de croissance qui vont moduler les processus biologiques. A cela se rajoutent les spécificités locales du bois liées à des développements particuliers tels que les nœuds, la présence de bois de réaction, etc.

Mais, finalement, même parmi ceux qui travaillent le bois quotidiennement, peu nombreux sont ceux qui ont l'occasion d'observer du bois sous microscope pour en apprécier toute sa complexité et la diversité de ses structures. Et pourtant les enseignants, en lycée, à l'université, dans une école d'ingénieur de sciences du bois, qui souhaitent montrer ces structures fascinantes à leurs élèves sont nombreux.

Il existe maintenant une solution théoriquement simple, un peu plus complexe à mettre en œuvre, qui permet de mettre dans les mains de tous, un objet, copie conforme d'une structure anatomique de bois en 3D.

## Matériels et méthodes

La première étape consiste à réaliser un scan d'un échantillon de bois grâce à une technologie de microtomographie à rayon X. Complètement non invasive, cette technique s'est imposée pour observer la structure interne d'échantillons sans aucune préparation ni découpe (Badel et al. 2008, Charra-Vaskou et al. 2012, Dalla-Salda et al. 2014). La microtomographie à rayons X consiste à réaliser de nombreuses radiographies 2D, ou « projections », d'un échantillon fixé sur une platine de rotation. Ces projections représentent des cartographies d'absorption de l'échantillon, intégrées sous différents angles. L'ensemble de ces projections est alors passé dans un algorithme, la « reconstruction », qui permet d'obtenir la cartographie 3D complète de la pièce de bois. Le résultat est un fichier image 3D.

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

<footnote n="2">² LMGC, Université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France</footnote>

<footnote n="3">³ Pro3D, Université de Montpellier, Montpellier, France</footnote>

<footnote n="4">⁴ Université de Lorraine, AgroParisTech, INRAE, UMR Silva, 54000 Nancy, France</footnote>

<footnote n="5">⁵ Arts et Métiers Sciences et Technologies, LABOMAP, Université Bourgogne Franche-Comté, HESAM Université, 71250 Cluny, France
[eric.badel@inrae.fr](mailto:eric.badel@inrae.fr)</footnote>
Pour réaliser cette opération, nous avons passé une convention avec le Synchrotron SOLEIL (Paris-Saclay) qui a donné accès pendant 48 heures à la ligne de lumière PSICHE à une équipe de 6 personnes du GDR Sciences du Bois.

En termes d'échantillonnage, nous avons fait appel à différentes xylothèques françaises, en particulier celle d'AgroParisTech à Nancy et celle du CIRAD à Montpellier, spécialisée dans les essences tropicales. De nombreux échantillons, venant des laboratoires participants ont complété cet échantillonnage qui regroupait plus de 100 essences tempérées et tropicales (Fig. 1a).

Les échantillons ont été préparés sur place, principalement par fendage afin de garantir une découpe selon le fil du bois. Les dimensions caractéristiques étaient alors de l'ordre de 2×2×15 mm³ dans les directions radiale, tangentielle et longitudinale, respectivement (Figs. 1b et 2a).

Chaque échantillon a ensuite été placé sur la platine de rotation du microtomographe de la ligne PSICHE (Fig. 2b). Un scan dure environ 10 minutes pour 1000 projections réalisées avec un faisceau monochromatique de 17 keV.

<figure><img src="image_194.png" /><figcaption>Fig. 1 : a) Plaquettes de bois issues des xylothèques d'AgroParisTech (Nancy) et du Cirad (Montpellier). b) Un échantillon de bois et son homologue reproduit par impression 3D avec un grossissement x1000.</figcaption></figure>

La seconde étape est celle du traitement d'image qui va permettre de nettoyer et segmenter afin de distinguer la matière (les parois cellulaires) et l'air contenu dans les lumens (Fig. 2c). Un protocole a été mis en place avec une version gratuite du logiciel DragonFly (https://www.theobjects.com/dragonfly/index.html).

La troisième étape utilise un logiciel spécifique qui permet de transformer l'image volumique ainsi traitée en une information vectorisée compatible avec une imprimante 3D.

La dernière étape consiste en l'impression 3D de l'objet, à la dimension désirée par l'utilisateur (Fig. 1b).

## Résultats

Plus de 160 scans ont ainsi été réalisés avec une résolution de 1,3 µm. Une cinquantaine de scans ont été réalisés avec une résolution spatiale de 0,6 µm afin de cibler de petits éléments anatomiques tels que des ponctuations. L'opération a duré 48h de scans ininterrompus (Fig. 2b et 3).
Pour réaliser cette opération, nous avons passé une convention avec le Synchrotron SOLEIL (Paris-Saclay) qui a donné accès pendant 48 heures à la ligne de lumière PSICHE à une équipe de 6 personnes du GDR Sciences du Bois.

En termes d'échantillonnage, nous avons fait appel à différentes xylothèques françaises, en particulier celle d'AgroParisTech à Nancy et celle du CIRAD à Montpellier, spécialisée dans les essences tropicales. De nombreux échantillons, venant des laboratoires participants ont complété cet échantillonnage qui regroupait plus de 100 essences tempérées et tropicales (Fig. 1a).

Les échantillons ont été préparés sur place, principalement par fendage afin de garantir une découpe selon le fil du bois. Les dimensions caractéristiques étaient alors de l'ordre de 2×2×15 mm³ dans les directions radiale, tangentielle et longitudinale, respectivement (Figs. 1b et 2a).

Chaque échantillon a ensuite été placé sur la platine de rotation du microtomographe de la ligne PSICHE (Fig. 2b). Un scan dure environ 10 minutes pour 1000 projections réalisées avec un faisceau monochromatique de 17 keV.

<figure><img src="image_195.png" /><figcaption>Fig. 1 : a) Plaquettes de bois issues des xylothèques d'AgroParisTech (Nancy) et du Cirad (Montpellier). b) Un échantillon de bois et son homologue reproduit par impression 3D avec un grossissement x1000.</figcaption></figure>

La seconde étape est celle du traitement d'image qui va permettre de nettoyer et segmenter afin de distinguer la matière (les parois cellulaires) et l'air contenu dans les lumens (Fig. 2c). Un protocole a été mis en place avec une version gratuite du logiciel DragonFly (https://www.theobjects.com/dragonfly/index.html).

La troisième étape utilise un logiciel spécifique qui permet de transformer l'image volumique ainsi traitée en une information vectorisée compatible avec une imprimante 3D.

La dernière étape consiste en l'impression 3D de l'objet, à la dimension désirée par l'utilisateur (Fig. 1b).

## Résultats

Plus de 160 scans ont ainsi été réalisés avec une résolution de 1,3 µm. Une cinquantaine de scans ont été réalisés avec une résolution spatiale de 0,6 µm afin de cibler de petits éléments anatomiques tels que des ponctuations. L'opération a duré 48h de scans ininterrompus (Fig. 2b et 3).
L'ensemble des scans bruts, constituant une base de 10 To de fichiers, est stocké sur le serveur du synchrotron SOLEIL et sur disque dur. Les fichiers images sont traités à l'UMR PIAF à Clermont Ferrand et convertis en fichiers STL qui sont retraités par la plateforme Pro3D de l'Université de Montpellier (https://centre-pro3d.fr/).

<figure><img src="image_195.png" /><figcaption>Fig. 2: a) Préparation des échantillons pour les scans tomographiques sur les supports. b) L'échantillon est ensuite fixé sur la platine de rotation située devant le détecteur 2D. c) Visualisation 3D après segmentation.</figcaption></figure>

Dans un esprit de Sciences Ouverte, les fichiers sont ainsi mis à disposition, au fur et à mesure qu'ils sont traités, sur le serveur du GDR Sciences du Bois : https://www6.inrae.fr/gdr-sciences-du-bois. Des discussions sont aussi en cours pour un dépôt sur un entrepôt de données institutionnel (https://entrepot.recherche.data.gouv.fr/)

<figure><img src="image_196.png" /><figcaption>Fig. 3: L'équipe du GDR Sciences du bois dans la cabine de microtomographie de la ligne PSICHE du Synchrotron SOLEIL.</figcaption></figure>

## Remerciements

Les auteurs remercient l'ensemble des collaborateurs qui nous ont permis d'accéder à leurs collections d'échantillons de bois ; en particulier David Gasparotto (AgroParisTech) pour l'accès à la xylothèque de Nancy, Loïc Brancheriau et Patrick Langbour (CIRAD) pour l'accès à la xylothèque du CIRAD de Montpellier. Les auteurs remercient aussi la direction et les services de communication du Synchrotron SOLEIL pour l'accès offert à la ligne PSICHE ainsi qu'Andy King de la ligne PSICHE pour son soutien technique.
L'ensemble des scans bruts, constituant une base de 10 To de fichiers, est stocké sur le serveur du synchrotron SOLEIL et sur disque dur. Les fichiers images sont traités à l'UMR PIAF à Clermont Ferrand et convertis en fichiers STL qui sont retraités par la plateforme Pro3D de l'Université de Montpellier (https://centre-pro3d.fr/).

<figure><img src="image_196.png" /><figcaption>Fig. 2: a) Préparation des échantillons pour les scans tomographiques sur les supports. b) L'échantillon est ensuite fixé sur la platine de rotation située devant le détecteur 2D. c) Visualisation 3D après segmentation.</figcaption></figure>

Dans un esprit de Sciences Ouverte, les fichiers sont ainsi mis à disposition, au fur et à mesure qu'ils sont traités, sur le serveur du GDR Sciences du Bois : https://www6.inrae.fr/gdr-sciences-du-bois. Des discussions sont aussi en cours pour un dépôt sur un entrepôt de données institutionnel (https://entrepot.recherche.data.gouv.fr/)

<figure><img src="image_197.png" /><figcaption>Fig. 3: L'équipe du GDR Sciences du bois dans la cabine de microtomographie de la ligne PSICHE du Synchrotron SOLEIL.</figcaption></figure>

## Remerciements

Les auteurs remercient l'ensemble des collaborateurs qui nous ont permis d'accéder à leurs collections d'échantillons de bois ; en particulier David Gasparotto (AgroParisTech) pour l'accès à la xylothèque de Nancy, Loïc Brancheriau et Patrick Langbour (CIRAD) pour l'accès à la xylothèque du CIRAD de Montpellier. Les auteurs remercient aussi la direction et les services de communication du Synchrotron SOLEIL pour l'accès offert à la ligne PSICHE ainsi qu'Andy King de la ligne PSICHE pour son soutien technique.
References

Badel E., Lux, J., Delisée C. (2008) 3D structural characterisation, deformation measurements and assessment of low-density wood fibreboard under compression. The use of X-ray microtomography. Composite Sciences and Technology, 68 (7-8): 1654-1663. [hal-00964861v1](https://hal.inra.fr/00964861v1)

Charra-Vaskou K., Badel E., Burlett R., Cochard H., Delzon D., Mayr S. (2012) Hydraulic efficiency and safety of vascular and non-vascular components in *Pinus pinaster* leaves. Tree Physiology, 32 (9): 1161-1170. [hal-00964504v1](https://hal.inra.fr/00964504v1)

Dalla-Salda G., Fernández M.E., Sergent A.S., Rozenberg P., Badel E., Martinez-Meier A. (2014) Dynamics of cavitation in a Douglas-fir tree-ring: transition-wood, the lord of the ring? Journal of Plant Hydraulics, 1: e-0005 [hal-01095363v1](https://hal.inra.fr/01095363v1)

Dragonfly 2022.2 (Computer software). Comet Technologies Canada Inc., Montreal, Canada; software available at https://www.theobjects.com/dragonfly.
References

Badel E., Lux, J., Delisée C. (2008) 3D structural characterisation, deformation measurements and assessment of low-density wood fibreboard under compression. The use of X-ray microtomography. Composite Sciences and Technology, 68 (7-8): 1654-1663. [hal-00964861v1](https://hal.inra.fr/00964861v1)

Charra-Vaskou K., Badel E., Burlett R., Cochard H., Delzon D., Mayr S. (2012) Hydraulic efficiency and safety of vascular and non-vascular components in *Pinus pinaster* leaves. Tree Physiology, 32 (9): 1161-1170. [hal-00964504v1](https://hal.inra.fr/00964504v1)

Dalla-Salda G., Fernández M.E., Sergent A.S., Rozenberg P., Badel E., Martinez-Meier A. (2014) Dynamics of cavitation in a Douglas-fir tree-ring: transition-wood, the lord of the ring? Journal of Plant Hydraulics, 1: e-0005 [hal-01095363v1](https://hal.inra.fr/01095363v1)

Dragonfly 2022.2 (Computer software). Comet Technologies Canada Inc., Montreal, Canada; software available at https://www.theobjects.com/dragonfly.
# Caractérisation par tomographie ultrasonore du chêne vert employé dans la charpente de la Cathédrale Notre Dame de Paris

<u>DUBOIS Frédéric</u>¹, AFOUTOU Jérôme¹, ZHANG Xi¹

¹ Univ. Limoges, GC2D, UR 14477, F-87000 Limoges, France
frederic.dubois@unilim.fr

**Mots clefs** : Chêne vert, Propriétés d'élasticité, tomographie ultrasonore, méthodes inverses

## Contexte et objectifs

L'incendie du 15 avril 2019, qui a ravagé la Cathédrale Notre Dame de Paris, a ému l'ensemble de notre communauté. En revanche, le projet de réhabilitation et le soutien scientifique apporté aux bureaux d'études Bois-Construction, ont permis de mettre en exergue de nouveaux verrous scientifique au niveau, dans le cas de la charpente, de l'emploi de chêne vert. Dans ce contexte, de nombreuses campagnes de caractérisation, que ce soient au niveau du matériau même mais également au niveau des nœuds d'assemblage. Une campagne expérimentale a été menée, fin 2022, pour aboutir à la définition d'une classe de résistance mécanique définie à l'aide de la connaissance de la contrainte de rupture en flexion, le module d'élasticité longitudinal et la masse volumique afin de permettre, à termes, aux bureaux d'étude de justifier leurs notes de calcul tant aux états limites ultime et de service. Au-delà de la définition des valeurs caractéristiques, une technique de tomographie ultrasonore innovante a permis de compléter les données expérimentales en recalculant le tenseur de rigidité complet du matériau bois étudié.

## Essais de caractérisation

Les essais de caractérisation reposent sur 17 poutres de 8m de longueur avec des sections transversales hétérogènes. Dans le cadre de ce travail, nous retiendrons que les résultats d'une de ces poutres. Ces essais emploient le protocole de flexion 4 points avec un calcul du module d'élasticité longitudinal employant la flèche circulaire selon la norme EN 408, Fig. 1.

<figure><img src="image_197.png" /><figcaption>Fig. 1 : Dispositif flexion 4 points</figcaption></figure>

Les trois grandeurs retenues, à savoir la masse volumique, le module d'élasticité longitudinal et la contrainte à la rupture en flexion sont reportées dans le Tab. 1.
# Caractérisation par tomographie ultrasonore du chêne vert employé dans la charpente de la Cathédrale Notre Dame de Paris

DUBOIS Frédéric¹, AFOUTOU Jérôme¹, ZHANG Xi¹

¹ Univ. Limoges, GC2D, UR 14477, F-87000 Limoges, France
frederic.dubois@unilim.fr

**Mots clefs** : Chêne vert, Propriétés d'élasticité, tomographie ultrasonore, méthodes inverses

## Contexte et objectifs

L'incendie du 15 avril 2019, qui a ravagé la Cathédrale Notre Dame de Paris, a ému l'ensemble de notre communauté. En revanche, le projet de réhabilitation et le soutien scientifique apporté aux bureaux d'études Bois-Construction, ont permis de mettre en exergue de nouveaux verrous scientifique au niveau, dans le cas de la charpente, de l'emploi de chêne vert. Dans ce contexte, de nombreuses campagnes de caractérisation, que ce soient au niveau du matériau même mais également au niveau des nœuds d'assemblage. Une campagne expérimentale a été menée, fin 2022, pour aboutir à la définition d'une classe de résistance mécanique définie à l'aide de la connaissance de la contrainte de rupture en flexion, le module d'élasticité longitudinal et la masse volumique afin de permettre, à termes, aux bureaux d'étude de justifier leurs notes de calcul tant aux états limites ultime et de service. Au-delà de la définition des valeurs caractéristiques, une technique de tomographie ultrasonore innovante a permis de compléter les données expérimentales en recalculant le tenseur de rigidité complet du matériau bois étudié.

## Essais de caractérisation

Les essais de caractérisation reposent sur 17 poutres de 8m de longueur avec des sections transversales hétérogènes. Dans le cadre de ce travail, nous retiendrons que les résultats d'une de ces poutres. Ces essais emploient le protocole de flexion 4 points avec un calcul du module d'élasticité longitudinal employant la flèche circulaire selon la norme EN 408, Fig. 1.

<figure><img src="image_198.png" /><figcaption>Fig. 1 : Dispositif flexion 4 points</figcaption></figure>

Les trois grandeurs retenues, à savoir la masse volumique, le module d'élasticité longitudinal et la contrainte à la rupture en flexion sont reportées dans le Tab. 1.
<table><caption>Tab. 1 : Valeurs moyennes caractéristiques déterminées sur le lot</caption><thead><tr><td>Masse volumique (ρ)</td><td>Module d'élasticité longitudinal (E₀)</td><td>Contrainte de flexion axiale (fₘ)</td></tr></thead><tbody><tr><td>907 kg/m³</td><td>13.7 GPa</td><td>56.2 MPa</td></tr></tbody></table>

## Cartographie hydrique des sections transversales

La suite de l'étude se concentre donc sur une poutre du lot testé précédemment. L'objectif, de cette section étant de caractériser l'état hydrique de la poutre. Nous supposons une homogénéité du gradient hydrique en section courante en distinguant les sections d'about qui ont subi un séchage longitudinal. Deux sections transversales, respectivement sections d'about et courante, sont indiquées en Fig. 2. Elles représentent deux plateaux de 4cm d'épaisseur.

<figure><img src="image_198.png" /><figcaption>Fig. 2 : Préparation des échantillons</figcaption></figure>

Les deux plateaux sont découpés, six mois après la réception du lot, afin d'obtenir des cubes de 4cm de côté. Par méthode de double pesée, les échantillons sont placés, pendant un mois et demi, dans une étuve à 103°C afin de tendre vers un état anhydre, Fig. 3.

<figure><img src="image_199.png" /><figcaption>Fig. 3 : Cartographies hydriques</figcaption></figure>

A une température de conservation de 20°C, les travaux de M. Varnier '2019) permettent d'estimer une humidité interne de saturation des fibres de 31 % ( Point de Saturation des Fibres à 20°C). Les cartographies hydriques permettent de déterminer l'état hydrique des deux sections
<table><caption>Tab. 1 : Valeurs moyennes caractéristiques déterminées sur le lot</caption><thead><tr><td>Masse volumique (ρ)</td><td>Module d'élasticité longitudinal (E₀)</td><td>Contrainte de flexion axiale (fₘ)</td></tr></thead><tbody><tr><td>907 kg/m³</td><td>13.7 GPa</td><td>56.2 MPa</td></tr></tbody></table>

## Cartographie hydrique des sections transversales

La suite de l'étude se concentre donc sur une poutre du lot testé précédemment. L'objectif, de cette section étant de caractériser l'état hydrique de la poutre. Nous supposons une homogénéité du gradient hydrique en section courante en distinguant les sections d'about qui ont subi un séchage longitudinal. Deux sections transversales, respectivement sections d'about et courante, sont indiquées en Fig. 2. Elles représentent deux plateaux de 4cm d'épaisseur.

<figure><img src="image_199.png" /><figcaption>Fig. 2 : Préparation des échantillons</figcaption></figure>

Les deux plateaux sont découpés, six mois après la réception du lot, afin d'obtenir des cubes de 4cm de côté. Par méthode de double pesée, les échantillons sont placés, pendant un mois et demi, dans une étuve à 103°C afin de tendre vers un état anhydre, Fig. 3.

<figure><img src="image_200.png" /><figcaption>Fig. 3 : Cartographies hydriques</figcaption></figure>

A une température de conservation de 20°C, les travaux de M. Varnier '2019) permettent d'estimer une humidité interne de saturation des fibres de 31 % ( Point de Saturation des Fibres à 20°C). Les cartographies hydriques permettent de déterminer l'état hydrique des deux sections
considérées en précisant la zone périphérique (+/-3 cm non centrée du fait du conditionnement de la poutre à plat) dans laquelle l'humidité interne place le matériau dans son domaine hygroscopique. Cela correspond à une proportion de bois 'vert' de 80% pour laquelle nous supposons une homogénéité des propriétés d'élasticité. La section d'about a cependant subi un séchage accéléré par un transfert hydrique longitudinal avec, au moment des mesures, une humidité moyenne de 40% avec une amplitude surfacique allant de 17% en périphérie et 78% à cœur. En revanche, concernant la section courante, nous mesurons une humidité moyenne de 46% avec une amplitude surfacique de 18% à 78%. En moyenne, cela correspond, en négligeant les variations dimensionnelles lors du séchage, à une masse volumique anhydre moyenne de 550 kg/m³.

## Tomographie ultrasonore

L'utilisation des méthodes ultrasonores sont employées depuis plusieurs décennies pour caractériser le module d'élasticité longitudinal des éléments en bois qu'il soit sur pied ou sous forme d'éléments structuraux. Dans ce travail, la méthode a été développée dans le but de caractériser l'ensemble des propriétés d'élasticité, c'est-à-dire, la globalité du tenseur de rigidité ou de complaisance. Le verrou majeur de ce travail est de prendre en compte l'orthotropie du matériau, d'une part, et l'orthotropie cylindrique, d'autre part, dans le plan RT induite par les cernes de croissances. Afin de relever ce défi, deux étapes crucales ont été franchies. La première a consisté à déterminer le champ de vitesse de propagation des ondes en prenant en compte le caractère orthotrope du milieu. La seconde concerne la projection des propriétés d'élasticité dans les trois plans de symétrie, à savoir, les plans RT, RL et TL, le tout piloté par des algorithmes d'optimisation numérique par éléments finis.

### Vitesses de propagation d'ondes dans un milieu orthotrope

Afin de déterminer les propriétés ultrasonores focalisées sur les champs de vitesse répondant aux propriétés d'orthotropie, il a été emploi une nouvelle formulation d'Hankinson appliquée à un milieu tridimensionnel. Considérons les positions données d'un transmetteur et d'un récepteur ultrasonores. Dans le cas d'un repère d'orthotropie cartésien, la ligne de propagation d'onde, que nous supposerons linéaire, est caractérisée par son vecteur directeur $\vec{v}$ repéré par les angles $\alpha$ et $\theta$, et ce, dans une représentation sphérique, Fig. 4.

<figure><img src="image_200.png" /><figcaption>Fig. 4 : Vecteur directeur de la ligne de propagation d'onde</figcaption></figure>
considérées en précisant la zone périphérique (+/-3 cm non centrée du fait du conditionnement de la poutre à plat) dans laquelle l'humidité interne place le matériau dans son domaine hygroscopique. Cela correspond à une proportion de bois 'vert' de 80% pour laquelle nous supposons une homogénéité des propriétés d'élasticité. La section d'about a cependant subi un séchage accéléré par un transfert hydrique longitudinal avec, au moment des mesures, une humidité moyenne de 40% avec une amplitude surfacique allant de 17% en périphérie et 78% à cœur. En revanche, concernant la section courante, nous mesurons une humidité moyenne de 46% avec une amplitude surfacique de 18% à 78%. En moyenne, cela correspond, en négligeant les variations dimensionnelles lors du séchage, à une masse volumique anhydre moyenne de 550 kg/m³.

## Tomographie ultrasonore

L'utilisation des méthodes ultrasonores sont employées depuis plusieurs décennies pour caractériser le module d'élasticité longitudinal des éléments en bois qu'il soit sur pied ou sous forme d'éléments structuraux. Dans ce travail, la méthode a été développée dans le but de caractériser l'ensemble des propriétés d'élasticité, c'est-à-dire, la globalité du tenseur de rigidité ou de complaisance. Le verrou majeur de ce travail est de prendre en compte l'orthotropie du matériau, d'une part, et l'orthotropie cylindrique, d'autre part, dans le plan RT induite par les cernes de croissances. Afin de relever ce défi, deux étapes crucales ont été franchies. La première a consisté à déterminer le champ de vitesse de propagation des ondes en prenant en compte le caractère orthotrope du milieu. La seconde concerne la projection des propriétés d'élasticité dans les trois plans de symétrie, à savoir, les plans RT, RL et TL, le tout piloté par des algorithmes d'optimisation numérique par éléments finis.

### Vitesses de propagation d'ondes dans un milieu orthotrope

Afin de déterminer les propriétés ultrasonores focalisées sur les champs de vitesse répondant aux propriétés d'orthotropie, il a été emploi une nouvelle formulation d'Hankinson appliquée à un milieu tridimensionnel. Considérons les positions données d'un transmetteur et d'un récepteur ultrasonores. Dans le cas d'un repère d'orthotropie cartésien, la ligne de propagation d'onde, que nous supposerons linéaire, est caractérisée par son vecteur directeur $\vec{v}$ repéré par les angles $\alpha$ et $\theta$, et ce, dans une représentation sphérique, Fig. 4.

<figure><img src="image_201.png" /><figcaption>Fig. 4 : Vecteur directeur de la ligne de propagation d'onde</figcaption></figure>
La formulation d'Hankinson 3D (Afoutou et al., 2023) permet de définir toute vitesse de propagation en fonction des trois vitesses principales ($V_L$ ($\alpha = \frac{\pi}{2}$), $V_R$ ($\alpha = 0$, $\theta = \frac{\pi}{2}$), $V_T$ ($\alpha = 0$, $\theta = 0$)) et de trois paramètres d'optimisation ($l, m, n$). Pour deux angles quelconques ($\alpha$ et $\theta$), la vitesse $V(\alpha, \theta)$ est donnée par l'expression suivante :

$$V(\alpha, \theta) = \frac{V_L \cdot V_R \cdot V_T}{V_R \cdot \cos^l(\theta) \cdot [V_L \cdot \cos^m(\alpha) + V_T \cdot \sin^m(\alpha)] + V_T \cdot \sin^l(\theta) \cdot [V_L \cdot \cos^n(\alpha) + V_R \cdot \sin^n(\alpha)]} \quad (1)$$

La détermination des paramètres d'Hankinson nécessite, selon l'expression (1), d'avoir une forte ouverture angulaire, ce qui implique une tomographie ultrasonore qui se traduit par différentes combinaisons de tirs directs, indirects et semi-directs, Fig. 5.

<figure><img src="image_201.png" /><figcaption>Fig. 5 : Configurations de tirs ultrasonores</figcaption></figure>

Sous les hypothèses d'un milieu homogène, un algorithme de type Simplex est employé afin de déterminer les paramètres d'Hankinson listés dans le Tab. 2. Afin de prendre en compte l'orthotropie cylindrique, l'algorithme d'optimisation et le calcul des vitesses analytique ont été implémenté dans le code aux éléments finis Castem.

<table><caption>Tab. 2 : Paramètres d'Hankinson 3D</caption><thead><tr><th>V<sub>L</sub></th><th>V<sub>T</sub></th><th>V<sub>R</sub></th><th>l</th><th>m</th><th>n</th></tr></thead><tbody><tr><td>4270m/s</td><td>1490m/s</td><td>1600m/s</td><td>1.64</td><td>1.72</td><td>1.36</td></tr></tbody></table>

A présent, il reste à effectuer le lien entre les vitesses de propagation d'ondes ultrasonores et les propriétés d'élasticité du matériau. Pour cela, nous reprenons la démarche proposée par Zhang et al. (2022). Dans un plan d'orthotropie XY, la vitesse de propagation d'ondes de compression $V_{xy}(\alpha_{xy})$ :

$$V_{xy}(\alpha_{xy}) = \sqrt{\frac{C_{x'x}(\alpha_{xy})}{\rho}} \qquad (2)$$

$\alpha_{xy}$ l'angle entre le vecteur directeur de propagation d'onde et l'axe $\bar{x}$. Dans le plan XY, les vitesses de propagation d'ondes répondent au modèle d'Hankinson standard, à savoir :

$$V_{xy} = \frac{V_x \cdot V_y}{V_x \cdot (\sin \alpha_{xy})^{n_{xy}} + V_y \cdot (\cos \alpha_{xy})^{n_{xy}}} \quad (3)$$
La formulation d'Hankinson 3D (Afoutou et al., 2023) permet de définir toute vitesse de propagation en fonction des trois vitesses principales ($V_L$ ($\alpha = \frac{\pi}{2}$), $V_R$ ($\alpha = 0$, $\theta = \frac{\pi}{2}$), $V_T$ ($\alpha = 0$, $\theta = 0$)) et de trois paramètres d'optimisation ($l, m, n$). Pour deux angles quelconques ($\alpha$ et $\theta$), la vitesse $V(\alpha, \theta)$ est donnée par l'expression suivante :

$$V(\alpha, \theta) = \frac{V_L \cdot V_R \cdot V_T}{V_R \cdot \cos^l(\theta) \cdot [V_L \cdot \cos^m(\alpha) + V_T \cdot \sin^m(\alpha)] + V_T \cdot \sin^l(\theta) \cdot [V_L \cdot \cos^n(\alpha) + V_R \cdot \sin^n(\alpha)]} \quad (1)$$

La détermination des paramètres d'Hankinson nécessite, selon l'expression (1), d'avoir une forte ouverture angulaire, ce qui implique une tomographie ultrasonore qui se traduit par différentes combinaisons de tirs directs, indirects et semi-directs, Fig. 5.

<figure><img src="image_202.png" /><figcaption>Fig. 5 : Configurations de tirs ultrasonores</figcaption></figure>

Sous les hypothèses d'un milieu homogène, un algorithme de type Simplex est employé afin de déterminer les paramètres d'Hankinson listés dans le Tab. 2. Afin de prendre en compte l'orthotropie cylindrique, l'algorithme d'optimisation et le calcul des vitesses analytique ont été implémenté dans le code aux éléments finis Castem.

<table><caption>Tab. 2 : Paramètres d'Hankinson 3D</caption><thead><tr><th>V<sub>L</sub></th><th>V<sub>T</sub></th><th>V<sub>R</sub></th><th>l</th><th>m</th><th>n</th></tr></thead><tbody><tr><td>4270m/s</td><td>1490m/s</td><td>1600m/s</td><td>1.64</td><td>1.72</td><td>1.36</td></tr></tbody></table>

A présent, il reste à effectuer le lien entre les vitesses de propagation d'ondes ultrasonores et les propriétés d'élasticité du matériau. Pour cela, nous reprenons la démarche proposée par Zhang et al. (2022). Dans un plan d'orthotropie XY, la vitesse de propagation d'ondes de compression $V_{xy}(\alpha_{xy})$ :

$$V_{xy}(\alpha_{xy}) = \sqrt{\frac{C_{x'x}(\alpha_{xy})}{\rho}} \qquad (2)$$

$\alpha_{xy}$ l'angle entre le vecteur directeur de propagation d'onde et l'axe $\bar{x}$. Dans le plan XY, les vitesses de propagation d'ondes répondent au modèle d'Hankinson standard, à savoir :

$$V_{xy} = \frac{V_x \cdot V_y}{V_x \cdot (\sin \alpha_{xy})^{n_{xy}} + V_y \cdot (\cos \alpha_{xy})^{n_{xy}}} \quad (3)<$$
Zhang a défini le lien entre la complaisance apparente $C_{x'x'}$ et les propriétés d'élasticité dans le plan XY :

$$C_{x'x'} = \frac{E_{x'} \cdot E_{y'} \cdot (E_{z'} - E_{y'} \cdot v_{z'y'}^2)}{E_{y'} \cdot E_{z'} - E_{x'} \cdot E_{z'} \cdot v_{y'x'}^2 - E_{x'}^2 v_{z'y'}^2 - 2 \cdot E_{x'} \cdot E_{y'} \cdot v_{y'x'} \cdot v_{z'y'} \cdot v_{z'x'}} \quad (4)$$

Par application d'un opérateur vectoriel de rotation, chaque propriété d'élasticité, définie dans ce repère, s'expriment en fonction des propriétés d'élasticité définies dans le repère principal d'orthotropie définissant le plan XY :

$$E'_{x} = \left( \frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \cos^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - 2 \cdot \frac{\sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot v_{yx}}{E_y} \right)^{-1} \quad (5)$$

$$E'_{y} = \left( \frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \cos^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - 2 \cdot \frac{\sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot v_{yx}}{E_y} \right)^{-1} \quad (6)$$

$$E'_{z} = E_{z} \quad (\text{hors plan}) \quad (7)$$

$$v'_{xy} = \frac{\frac{v_{yx}}{E_y} - \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \left( \frac{1}{E_x} + \frac{1}{E_y} + \frac{2 \cdot v_{yx}}{E_y} - \frac{1}{G_{xy}} \right)}{\frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - \frac{2 \cdot v_{yx} \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{E_y}} \quad (8)$$

$$v'_{xz} = \frac{\frac{v_{zx}}{E_z} \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) + \frac{v_{zy}}{E_z} \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{\frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - \frac{2 \cdot v_{yx} \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{E_y}} \quad (9)$$

$$v'_{yz} = \frac{\frac{v_{zx}}{E_z} \cdot \sin^2(\alpha_{xy}) + \frac{v_{zy}}{E_z} \cdot \cos^2(\alpha_{xy})}{\frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - \frac{2 \cdot v_{yx} \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{E_y}} \quad (10)$$

Les expressions (5) à (10) se multiplient selon le plan d'orthotropie considéré, et ce, par permutation circulaire en respectant les notations du Tab. 3.

<table><caption>Tab. 3 : Définition paramétrique des plans d'orthotropie</caption><thead><tr><th>Plan XY</th><th>V<sub>x</sub></th><th>V<sub>y</sub></th><th>α<sub>xy</sub></th><th>n<sub>xy</sub></th></tr></thead><tbody><tr><th>Plan LR</th><td>V<sub>L</sub></td><td>V<sub>R</sub></td><td>α ∈ [0, π/2], θ = π/2</td><td>n</td></tr><tr><th>Plan TL</th><td>V<sub>T</sub></td><td>V<sub>L</sub></td><td>α ∈ [0, π/2], θ = 0</td><td>m</td></tr><tr><th>Plan RT</th><td>V<sub>R</sub></td><td>V<sub>T</sub></td><td>α = 0, θ ∈ [0, π/2]</td><td>l</td></tr></tbody></table>
Zhang a défini le lien entre la complaisance apparente $C_{x'x'}$ et les propriétés d'élasticité dans le plan XY :

$$C_{x'x'} = \frac{E_{x'} \cdot E_{y'} \cdot (E_{z'} - E_{y'} \cdot v_{z'y'}^2)}{E_{y'} \cdot E_{z'} - E_{x'} \cdot E_{z'} \cdot v_{y'x'}^2 - E_{x'}^2 v_{z'y'}^2 - 2 \cdot E_{x'} \cdot E_{y'} \cdot v_{y'x'} \cdot v_{z'y'} \cdot v_{z'x'}} \quad (4)$$

Par application d'un opérateur vectoriel de rotation, chaque propriété d'élasticité, définie dans ce repère, s'expriment en fonction des propriétés d'élasticité définies dans le repère principal d'orthotropie définissant le plan XY :

$$E'_{x} = \left( \frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \cos^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - 2 \cdot \frac{\sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot v_{yx}}{E_y} \right)^{-1} \quad (5)$$

$$E'_{y} = \left( \frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \cos^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - 2 \cdot \frac{\sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot v_{yx}}{E_y} \right)^{-1} \quad (6)$$

$$E'_{z} = E_{z} \quad (\text{hors plan}) \qquad (7)$$

$$v'_{xy} = \frac{\frac{v_{yx}}{E_y} - \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy}) \cdot \left( \frac{1}{E_x} + \frac{1}{E_y} + \frac{2 \cdot v_{yx}}{E_y} - \frac{1}{G_{xy}} \right)}{\frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - \frac{2 \cdot v_{yx} \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{E_y}} \quad (8)$$

$$v'_{xz} = \frac{\frac{v_{zx}}{E_z} \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) + \frac{v_{zy}}{E_z} \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{\frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - \frac{2 \cdot v_{yx} \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{E_y}} \quad (9)$$

$$v'_{yz} = \frac{\frac{v_{zx}}{E_z} \cdot \sin^2(\alpha_{xy}) + \frac{v_{zy}}{E_z} \cdot \cos^2(\alpha_{xy})}{\frac{\sin^4(\alpha_{xy})}{E_x} + \frac{\cos^4(\alpha_{xy})}{E_y} + \frac{\cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{G_{xy}} - \frac{2 \cdot v_{yx} \cdot \cos^2(\alpha_{xy}) \cdot \sin^2(\alpha_{xy})}{E_y}} \quad (10)$$

Les expressions (5) à (10) se multiplient selon le plan d'orthotropie considéré, et ce, par permutation circulaire en respectant les notations du Tab. 3.

<table><caption>Tab. 3 : Définition paramétrique des plans d'orthotropie</caption><thead><tr><th>Plan XY</th><th>V<sub>x</sub></th><th>V<sub>y</sub></th><th>α<sub>xy</sub></th><th>n<sub>xy</sub></th></tr></thead><tbody><tr><th>Plan LR</th><td>V<sub>L</sub></td><td>V<sub>R</sub></td><td>α ∈ [0, π/2], θ = π/2</td><td>n</td></tr><tr><th>Plan TL</th><td>V<sub>T</sub></td><td>V<sub>L</sub></td><td>α ∈ [0, π/2], θ = 0</td><td>m</td></tr><tr><th>Plan RT</th><td>V<sub>R</sub></td><td>V<sub>T</sub></td><td>α = 0, θ ∈ [0, π/2]</td><td>l</td></tr></tbody></table>
En combinant les équations (5 à 10) dans les expressions (2) et (3), un algorithme d'optimisation est employé pour déterminer l'ensemble des paramètres d'élasticité afin de minimiser les écarts entre les vitesses exprimées par l'équation (3) et les vitesses angulaires déterminées par les fonctions d'Hankinson (3), et ce, pour les trois plans d'orthotropie considérés. Les résultats d'optimisation sont présentés dans le Tab. 4.

<table><caption>Tab. 4 : Propriétés d'élasticité après optimisation</caption><thead><tr><th>E<sub>L</sub></th><th>E<sub>R</sub></th><th>E<sub>T</sub></th><th>G<sub>LR</sub></th><th>G<sub>LT</sub></th><th>G<sub>RT</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>13.8GPa</td><td>2.05GPa</td><td>1.72GPa</td><td>0.84</td><td>1.49</td><td>0.42</td></tr><tr><th>V<sub>RL</sub></th><th>V<sub>TR</sub></th><th>V<sub>TL</sub></th><th>V<sub>LR</sub></th><th>V<sub>RT</sub></th><th>V<sub>RT</sub></th></tr><tr><td>0.057</td><td>0.131</td><td>0.041</td><td>0.381</td><td>0.156</td><td>0.33</td></tr></tbody></table>

## Conclusion et perspectives

Les résultats mettent en exergue leur cohérence avec la caractérisation en flexion circulaire du module d'élasticité de la poutre testée même si, dans la réalité, l'hypothèse d'homogénéité des propriétés n'est pas respectée en périphérie où le chêne se retrouve dans son domaine hygroscopique. Néanmoins, la proportion de bois vert permet de préciser que les vitesses de propagation d'ondes le long des différents chemins de propagation restent quasi homogènes dès que nous considérons des tirs directs, indirects et semi-directs, et ce, sur des chemins de propagation suffisamment longs. Ce travail, appliqué pour la qualification mécanique du chêne vert pour la reconstruction de la charpente de Notre Dame de Paris a également vocation d'être employé dans des travaux d'inspection et de diagnostic de pièces de bois de structures dans le cadre de travaux de maintenance, de renforcement ou de requalification. Dans ce contexte, ce travail doit être complété par la prise en compte de gradients d'humidité pour des éléments en service, et ce, dans le domaine hygroscopique.

## Références

Afoutou J., Dubois F., Sauvat N., Takarli M. (2023) A novel three-dimensional model for the prediction of ultrasonic velocity in wood considering its orthotropy, Wood Science and Technology, 57(3):605-623.

Zhang X., Dubois F., Sauvat N., Takarli M. (2022) Hybrid numerical model for the ultrasonic wave propagation velocity in orthotropic materials, Wood Science and Technology, 56(6):1605-1630.

Varnier M. (2019) Comportement thermo-hydro-mécanique différé des feuillus, Thèse de doctorat, Université de Limoges.
En combinant les équations (5 à 10) dans les expressions (2) et (3), un algorithme d'optimisation est employé pour déterminer l'ensemble des paramètres d'élasticité afin de minimiser les écarts entre les vitesses exprimées par l'équation (3) et les vitesses angulaires déterminées par les fonctions d'Hankinson (3), et ce, pour les trois plans d'orthotropie considérés. Les résultats d'optimisation sont présentés dans le Tab. 4.

<table><caption>Tab. 4 : Propriétés d'élasticité après optimisation</caption><thead><tr><th>E<sub>L</sub></th><th>E<sub>R</sub></th><th>E<sub>T</sub></th><th>G<sub>LR</sub></th><th>G<sub>LT</sub></th><th>G<sub>RT</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>13.8GPa</td><td>2.05GPa</td><td>1.72GPa</td><td>0.84</td><td>1.49</td><td>0.42</td></tr><tr><th>V<sub>RL</sub></th><th>V<sub>TR</sub></th><th>V<sub>TL</sub></th><th>V<sub>LR</sub></th><th>V<sub>RT</sub></th><th>V<sub>RT</sub></th></tr><tr><td>0.057</td><td>0.131</td><td>0.041</td><td>0.381</td><td>0.156</td><td>0.33</td></tr></tbody></table>

## Conclusion et perspectives

Les résultats mettent en exergue leur cohérence avec la caractérisation en flexion circulaire du module d'élasticité de la poutre testée même si, dans la réalité, l'hypothèse d'homogénéité des propriétés n'est pas respectée en périphérie où le chêne se retrouve dans son domaine hygroscopique. Néanmoins, la proportion de bois vert permet de préciser que les vitesses de propagation d'ondes le long des différents chemins de propagation restent quasi homogènes dès que nous considérons des tirs directs, indirects et semi-directs, et ce, sur des chemins de propagation suffisamment longs. Ce travail, appliqué pour la qualification mécanique du chêne vert pour la reconstruction de la charpente de Notre Dame de Paris a également vocation d'être employé dans des travaux d'inspection et de diagnostic de pièces de bois de structures dans le cadre de travaux de maintenance, de renforcement ou de requalification. Dans ce contexte, ce travail doit être complété par la prise en compte de gradients d'humidité pour des éléments en service, et ce, dans le domaine hygroscopique.

## Références

Afoutou J., Dubois F., Sauvat N., Takarli M. (2023) A novel three-dimensional model for the prediction of ultrasonic velocity in wood considering its orthotropy, Wood Science and Technology, 57(3):605-623.

Zhang X., Dubois F., Sauvat N., Takarli M. (2022) Hybrid numerical model for the ultrasonic wave propagation velocity in orthotropic materials, Wood Science and Technology, 56(6):1605-1630.

Varnier M. (2019) Comportement thermo-hydro-mécanique différé des feuillus, Thèse de doctorat, Université de Limoges.
# Evaluation de la durabilité de panneaux isolants à base de fibres de bois sous conditions tropicales par techniques de mesure de champs

MAHAMAT SALEH Atteb<fnref n="1" />, DUPRE Jean-Christophe<fnref n="1" />, BOSSU Julie<fnref n="2" />, DOUMALIN Pascal<fnref n="1" />

**Mots clefs** : Panneaux isolants ; fibres ; mesure optique ; tomographie rayons X ; comportement hygromécanique ; durabilité

## Contexte et objectifs

Ce travail s'inscrit dans le projet de recherche ANR PANTHER²Guyane (PANneaux THErmiques issus de la valorisation des Ressources bois Résiduelles en Guyane). L'objectif est d'étudier le potentiel d'une chaine de production de bio-isolants adaptés aux conditions hygrothermiques extrêmes de la Guyane, à partir de la valorisation des ressources bois résiduelles locales (connexes industriels, résidus de défriches, etc.). Techniquement, le projet repose sur l'hypothèse que les propriétés naturelles exceptionnelles des fibres des bois tropicaux peuvent permettre la mise en forme de produits hautement performants pour la construction durable en zone tropicale. En adaptant une technique basée sur le feutrage des fibres, les recherches s'orientent vers la conception et la production de panneaux isolants semi-rigides non tissés, épais et légers, peu couteux et avec de bonnes propriétés thermique, mécanique, ainsi que de bons comportements vis-à-vis du feu et des attaques biologiques

Dans ce contexte, le travail présenté, débuté en octobre 2023 (thèse d'Atteib MAHAMAT SALEH), se focalise sur l'évaluation du comportement hygromécanique des panneaux isolants soumis aux conditions tropicales spécifiques à la région guyanaise (humidité et température élevées). En effet, il est essentiel de connaître et quantifier les variations géométriques d'un panneau (affaissement sous son propre poids, gonflement...) en conditions d'utilisation, pouvant entrainer une modification de la distribution des pores dans le matériau et la perte de performance d'isolation. Les panneaux seront étudiés dans différentes situations (Fig. 1) :

(i) Sur des portions de panneaux en laboratoire, à différents taux d'humidité pour établir le lien entre hygrométrie et réponse mécanique,

(ii) A l'échelle d'un arrangement de fibres sur des échantillons centimétriques pour analyser l'effet de l'hygrométrie sur la microstructure.

(iii) A l'échelle d'un panneau en conditions réelles en Guyane, au laboratoire EcoFoG, dans des répliques d'habitation pour des panneaux de toits et de murs.

## Matériel et méthode

Les panneaux sont réalisés par l'I2M (Bossu 2023) à partir de fibres de bois issues de la collecte de déchets, de résidus de travaux forestiers et de sciage. Après broyage grossier et fractionnement pour atteindre une granulométrie cible (Fibre Recherche Développement), les fibres sont mélangées à des fibres synthétiques (polyester, polypropylène, 5% en masse) pour former des nappes sur le principe du feutrage qui sont finalement consolidées thermiquement en four. Différentes essences de bois seront analysées aux différentes échelles et pour des cycles d'humidité couplée ou non à des chargements mécaniques.

<footnote n="1">¹Equipe PEM, Institut PPRIME, UPR 3346, Université de Poitiers-CNRS</footnote>

<footnote n="2">² UMR EcoFoG, INRA, CNRS, Cirad, AgroParisTech, Univ. Antilles, Univ. Guyane
atteib.mahamat.saleh.cheikhadine@univ-poitiers.fr</footnote>
# Evaluation de la durabilité de panneaux isolants à base de fibres de bois sous conditions tropicales par techniques de mesure de champs

MAHAMAT SALEH Atteb<fnref n="1" />, DUPRE Jean-Christophe<fnref n="1" />, BOSSU Julie<fnref n="2" />, DOUMALIN Pascal<fnref n="1" />

**Mots clefs** : Panneaux isolants ; fibres ; mesure optique ; tomographie rayons X ; comportement hygromécanique ; durabilité

## Contexte et objectifs

Ce travail s'inscrit dans le projet de recherche ANR PANTHER²Guyane (PANneaux THErmiques issus de la valorisation des Ressources bois Résiduelles en Guyane). L'objectif est d'étudier le potentiel d'une chaine de production de bio-isolants adaptés aux conditions hygrothermiques extrêmes de la Guyane, à partir de la valorisation des ressources bois résiduelles locales (connexes industriels, résidus de défriches, etc.). Techniquement, le projet repose sur l'hypothèse que les propriétés naturelles exceptionnelles des fibres des bois tropicaux peuvent permettre la mise en forme de produits hautement performants pour la construction durable en zone tropicale. En adaptant une technique basée sur le feutrage des fibres, les recherches s'orientent vers la conception et la production de panneaux isolants semi-rigides non tissés, épais et légers, peu couteux et avec de bonnes propriétés thermique, mécanique, ainsi que de bons comportements vis-à-vis du feu et des attaques biologiques

Dans ce contexte, le travail présenté, débuté en octobre 2023 (thèse d'Atteib MAHAMAT SALEH), se focalise sur l'évaluation du comportement hygromécanique des panneaux isolants soumis aux conditions tropicales spécifiques à la région guyanaise (humidité et température élevées). En effet, il est essentiel de connaître et quantifier les variations géométriques d'un panneau (affaissement sous son propre poids, gonflement...) en conditions d'utilisation, pouvant entrainer une modification de la distribution des pores dans le matériau et la perte de performance d'isolation. Les panneaux seront étudiés dans différentes situations (Fig. 1) :

(i) Sur des portions de panneaux en laboratoire, à différents taux d'humidité pour établir le lien entre hygrométrie et réponse mécanique,

(ii) A l'échelle d'un arrangement de fibres sur des échantillons centimétriques pour analyser l'effet de l'hygrométrie sur la microstructure.

(iii) A l'échelle d'un panneau en conditions réelles en Guyane, au laboratoire EcoFoG, dans des répliques d'habitation pour des panneaux de toits et de murs.

## Matériel et méthode

Les panneaux sont réalisés par l'I2M (Bossu 2023) à partir de fibres de bois issues de la collecte de déchets, de résidus de travaux forestiers et de sciage. Après broyage grossier et fractionnement pour atteindre une granulométrie cible (Fibre Recherche Développement), les fibres sont mélangées à des fibres synthétiques (polyester, polypropylène, 5% en masse) pour former des nappes sur le principe du feutrage qui sont finalement consolidées thermiquement en four. Différentes essences de bois seront analysées aux différentes échelles et pour des cycles d'humidité couplée ou non à des chargements mécaniques.

<footnote n="1">¹Equipe PEM, Institut PPRIME, UPR 3346, Université de Poitiers-CNRS</footnote>

<footnote n="2">² UMR EcoFoG, INRA, CNRS, Cirad, AgroParisTech, Univ. Antilles, Univ. Guyane
atteib.mahamat.saleh.cheikhadine@univ-poitiers.fr</footnote>
Pour ce type de matériaux, les techniques de mesure optiques sans contact sont toutes indiquées (Tran 2013) comme la corrélation d'images et le suivi de marqueurs. Elles sont employées dans différentes situations : en 2D pour une mesure en surface d'un phénomène plan, en 2D ½ (stéréovision) pour prendre en compte les mouvements hors plan et en 3D, pour une analyse dans le volume avec des acquisitions par microtomographie RX (Tran 2013).

La première partie de l'étude consiste à développer les bancs d'expérimentation dans les trois configurations décrites précédemment. Le premier est constitué d'une enceinte climatique avec une porte vitrée permettant d'enregistrer les images de l'échantillon et d'un système de chargement. Le second banc est une micromachine de compression implantable dans un microtomographe RX sous conditions d'hygrométrie et de chargement mécanique contrôlé. Le dernier dispositif est un banc de stéréovision implantable dans des répliques d'habitation et résistant aux conditions tropicales. Avant de tester les panneaux de fibres produits dans le projet sur les systèmes réalisés, des pré-tests en laboratoire sur des panneaux isolants commerciaux seront menés afin de valider les dispositifs et déterminer leurs performances métrologiques.

<figure><img src="image_202.png" /><figcaption>Fig. 1 : Démarche expérimentale multi-échelle pour étudier l'effet de l'humidité sur les propriétés mécaniques et dimensionnelles des panneaux isolants</figcaption></figure>

## Remerciements

Ce travail est supporté par l'ANR PANTHER²Guyane 22-CE43-0019.

## Références

Bossu J., Moreau J., Delisée C., Le Moigne N., Corn S., Sonnier R., ... & Clair B. (2023) Revealing the Potential of Waste Fibers from Timber Production and Clearings for the Development of Local Bio-based Insulation Fiberboards in French Guiana. Waste and Biomass Valorization, 1-15.2

Tran H., Doumalin P., Delisée C., Dupré J.C., Malvesto J., Germaneau A. (2013) 3D mechanical analysis of low-density wood based fiberboards using X-ray microcomputed tomography and Digital Volume Correlation, Journal of Materials Science, 48, pp 3198-3212, 10.1007/s10853-012-7100-0.
Pour ce type de matériaux, les techniques de mesure optiques sans contact sont toutes indiquées (Tran 2013) comme la corrélation d'images et le suivi de marqueurs. Elles sont employées dans différentes situations : en 2D pour une mesure en surface d'un phénomène plan, en 2D ½ (stéréovision) pour prendre en compte les mouvements hors plan et en 3D, pour une analyse dans le volume avec des acquisitions par microtomographie RX (Tran 2013).

La première partie de l'étude consiste à développer les bancs d'expérimentation dans les trois configurations décrites précédemment. Le premier est constitué d'une enceinte climatique avec une porte vitrée permettant d'enregistrer les images de l'échantillon et d'un système de chargement. Le second banc est une micromachine de compression implantable dans un microtomographe RX sous conditions d'hygrométrie et de chargement mécanique contrôlé. Le dernier dispositif est un banc de stéréovision implantable dans des répliques d'habitation et résistant aux conditions tropicales. Avant de tester les panneaux de fibres produits dans le projet sur les systèmes réalisés, des pré-tests en laboratoire sur des panneaux isolants commerciaux seront menés afin de valider les dispositifs et déterminer leurs performances métrologiques.

<figure><img src="image_203.png" /><figcaption>Fig. 1 : Démarche expérimentale multi-échelle pour étudier l'effet de l'humidité sur les propriétés mécaniques et dimensionnelles des panneaux isolants</figcaption></figure>

## Remerciements

Ce travail est supporté par l'ANR PANTHER²Guyane 22-CE43-0019.

## Références

Bossu J., Moreau J., Delisée C., Le Moigne N., Corn S., Sonnier R., ... & Clair B. (2023) Revealing the Potential of Waste Fibers from Timber Production and Clearings for the Development of Local Bio-based Insulation Fiberboards in French Guiana. Waste and Biomass Valorization, 1-15.2

Tran H., Doumalin P., Delisée C., Dupré J.C., Malvesto J., Germaneau A. (2013) 3D mechanical analysis of low-density wood based fiberboards using X-ray microcomputed tomography and Digital Volume Correlation, Journal of Materials Science, 48, pp 3198-3212, 10.1007/s10853-012-7100-0.
Tran H., Delisée C., Doumalin P., Dupré J.C., Germaneau A., Malvestio J. (2013). Étude du comportement mécanique de matériaux isolants a base de fibres de bois : caractérisation a partir de techniques d'imagerie non destructives. CFM - 21ème Congrès Français de Mécanique, Bordeaux, France. hal-03439796.
Tran H., Delisée C., Doumalin P., Dupré J.C., Germaneau A., Malvestio J. (2013). Étude du comportement mécanique de matériaux isolants a base de fibres de bois : caractérisation a partir de techniques d'imagerie non destructives. CFM - 21ème Congrès Français de Mécanique, Bordeaux, France. hal-03439796.
# Reconstruction 3D de l'orientation des fibres autour d'un nœud de Douglas

PENVERN Hélène<fnref n="1" />, POT Guillaume<fnref n="1" />, VIGUIER Joffrey<fnref n="1" />, COLLET Robert<fnref n="1" />,
DEMOULIN Leyne<fnref n="1" />, ROUX Benjamin<fnref n="1" />, OLSSON Anders<fnref n="2" />, HU Min<fnref n="2" />

**Mots clefs** : déviation des fibres ; cernes de croissance ; mesure ; classement machine ; angle de plongée

## Contexte et objectifs

Pour pouvoir utiliser le bois comme bois d'œuvre, il est nécessaire de certifier ses propriétés mécaniques. Or, le bois étant issu du vivant, l'histoire de l'arbre est inscrite dans la matière. Chaque branche naissante, chaque coup de vent que l'arbre subit, le sol qui l'a nourri... tous ces éléments vont impacter les propriétés mécaniques du bois. Le bois est un matériau fortement anisotrope, c'est-à-dire que ses propriétés mécaniques dépendent de la direction de sollicitation. De fait, le bois possède de bien meilleures propriétés mécaniques (>10 fois) dans le sens de ses fibres, que transversalement à celles-ci, si bien que la résistance d'un élément structurel en bois dépend très fortement de l'orientation des fibres en son sein, et a fortiori, du nombre, de la taille et de la configuration des nœuds présents, à l'origine de déviation des fibres par rapport à l'axe principal du bois scié.

Les machines de classement actuelles, qui permettent de certifier la classe de résistance des bois sciés, déterminant les valeurs caractéristiques des propriétés mécaniques utiles au dimensionnement des structures, peuvent être équipées de rayons X, pour mesurer la densité, de caméra couleurs, pour repérer les défauts, et de lasers, pour mesurer l'angle des fibres (Olsson et al. 2018). Les lasers projettent un point lumineux en surface qui se diffuse dans le sens des fibres par effet trachéide, de sorte que l'analyse de la forme des points laser permet de connaître l'orientation des fibres en surface. Mais c'est bien là qu'est la limite de cette mesure qui ne permet que de mesurer l'angle projeté des fibres en surface des bois, et non l'orientation réelle, en 3D, des fibres. Des recherches en cours cherchent à utiliser la tomographie aux rayons X des billons à cette fin (Huber et al. 2022, Hu et Olsson 2023). Malheureusement, si cette technologie permet bien d'observer les cernes de croissance à l'échelle d'une planche, elle reste coûteuse, et la résolution est telle qu'il n'est pas envisageable d'observer simultanément les fibres. Dès lors, une idée serait d'estimer l'orientation réelle des fibres en utilisant un modèle de déviation des fibres ajusté à partir des mesures des angles de surface. Cette option a été explorée par Lukacevic et al. (2019). Ces auteurs ont choisi d'utiliser le modèle détaillé par Christiana Foley (2003) dans son manuscrit de thèse et qui décrit l'angle des fibres dans le plan longitudinal-tangentiel par analogie avec un écoulement de fluide ("Flow-grain analogy", Philipps et al. 1981), et sur l'hypothèse logique que les fibres doivent suivre les cernes de croissance. Christiana Foley (2003) fournit un modèle mathématique (équations polynômiales d'ordre 2 pour décrire la position du centre du nœud et le diamètre du nœud, équation exponentielle pour décrire la courbure des cernes de croissance à proximité des nœuds), en se basant sur des vues en coupe de 11 nœuds d'épicéas.

<footnote n="1">¹ Arts et Métiers Sciences et Technologies, LABOMAP, Université Bourgogne Franche-
Comté, HESAM Université, F-71250 Cluny, France</footnote>

<footnote n="2">² Department of Building Technology, Linnaeus University
351 95 Växjö, SWEDEN
helene.penvern@ensam.eu</footnote>
# Reconstruction 3D de l'orientation des fibres autour d'un nœud de Douglas

PENVERN Hélène<fnref n="1" />, POT Guillaume<fnref n="1" />, VIGUIER Joffrey<fnref n="1" />, COLLET Robert<fnref n="1" />,
DEMOULIN Leyne<fnref n="1" />, ROUX Benjamin<fnref n="1" />, OLSSON Anders<fnref n="2" />, HU Min<fnref n="2" />

**Mots clefs** : déviation des fibres ; cernes de croissance ; mesure ; classement machine ; angle de plongée

## Contexte et objectifs

Pour pouvoir utiliser le bois comme bois d'œuvre, il est nécessaire de certifier ses propriétés mécaniques. Or, le bois étant issu du vivant, l'histoire de l'arbre est inscrite dans la matière. Chaque branche naissante, chaque coup de vent que l'arbre subit, le sol qui l'a nourri... tous ces éléments vont impacter les propriétés mécaniques du bois. Le bois est un matériau fortement anisotrope, c'est-à-dire que ses propriétés mécaniques dépendent de la direction de sollicitation. De fait, le bois possède de bien meilleures propriétés mécaniques (>10 fois) dans le sens de ses fibres, que transversalement à celles-ci, si bien que la résistance d'un élément structurel en bois dépend très fortement de l'orientation des fibres en son sein, et a fortiori, du nombre, de la taille et de la configuration des nœuds présents, à l'origine de déviation des fibres par rapport à l'axe principal du bois scié.

Les machines de classement actuelles, qui permettent de certifier la classe de résistance des bois sciés, déterminant les valeurs caractéristiques des propriétés mécaniques utiles au dimensionnement des structures, peuvent être équipées de rayons X, pour mesurer la densité, de caméra couleurs, pour repérer les défauts, et de lasers, pour mesurer l'angle des fibres (Olsson et al. 2018). Les lasers projettent un point lumineux en surface qui se diffuse dans le sens des fibres par effet trachéide, de sorte que l'analyse de la forme des points laser permet de connaître l'orientation des fibres en surface. Mais c'est bien là qu'est la limite de cette mesure qui ne permet que de mesurer l'angle projeté des fibres en surface des bois, et non l'orientation réelle, en 3D, des fibres. Des recherches en cours cherchent à utiliser la tomographie aux rayons X des billons à cette fin (Huber et al. 2022, Hu et Olsson 2023). Malheureusement, si cette technologie permet bien d'observer les cernes de croissance à l'échelle d'une planche, elle reste coûteuse, et la résolution est telle qu'il n'est pas envisageable d'observer simultanément les fibres. Dès lors, une idée serait d'estimer l'orientation réelle des fibres en utilisant un modèle de déviation des fibres ajusté à partir des mesures des angles de surface. Cette option a été explorée par Lukacevic et al. (2019). Ces auteurs ont choisi d'utiliser le modèle détaillé par Christiana Foley (2003) dans son manuscrit de thèse et qui décrit l'angle des fibres dans le plan longitudinal-tangentiel par analogie avec un écoulement de fluide ("Flow-grain analogy", Philipps et al. 1981), et sur l'hypothèse logique que les fibres doivent suivre les cernes de croissance. Christiana Foley (2003) fournit un modèle mathématique (équations polynômiales d'ordre 2 pour décrire la position du centre du nœud et le diamètre du nœud, équation exponentielle pour décrire la courbure des cernes de croissance à proximité des nœuds), en se basant sur des vues en coupe de 11 nœuds d'épicéas.

<footnote n="1">¹ Arts et Métiers Sciences et Technologies, LABOMAP, Université Bourgogne Franche-
Comté, HESAM Université, F-71250 Cluny, France</footnote>

<footnote n="2">² Department of Building Technology, Linnaeus University
351 95 Växjö, SWEDEN
helene.penvern@ensam.eu</footnote>
Grâce à un algorithme de reconstruction des nœuds, combiné au modèle de déviation des fibres, Foley (2003) et Lukacevic et al. (2019) ont démontré qu'il était possible par éléments finis d'obtenir des profils de raideur effectifs des bois sciés, mais également, que le résultat était fortement impacté par les paramètres du modèle de déviation des fibres autour des nœuds (zone grise, Fig. 1), et la position supposée de la moelle du tronc, d'où la nécessité de mieux maîtriser ces derniers. Suite aux conclusions de cette étude, faible influence des paramètres de l'ovale de Rankine, impact fort de la géométrie du nœud, Habite et Olsson (2022) ont souhaité simplifier le modèle de Foley en ne définissant la géométrie des fibres qu'à partir de la définition des cernes de croissance, en supposant que les fibres suivent le chemin le plus court depuis la base jusqu'au sommet du tronc. Malheureusement, il conclut de cette tentative qu'il lui manque des données d'orientation 3D des fibres qui puissent lui permettre de juger de la qualité de son modèle. Ce constat est partagé par Hu et Olsson (2023) suite à une modélisation des fibres à partir de données tomographiques d'un bois scié.

<figure><img src="image_203.png" /><figcaption>Fig. 1 : Extrait du résumé graphique et résultats des simulations éléments finis suite au modèle combiné Foley + reconstruction des nœuds comparés aux résultats de la corrélation d'image issus d'un test de flexion 4 points réalisés par Lukacevic et al. (2019)</figcaption></figure>

L'objectif du travail présenté est donc de répondre à ce besoin, en développant une méthode de laboratoire permettant d'évaluer l'orientation 3D réelle des fibres.

## Matériel et méthode

Un bloc de bois avec un nœud plat complet, isolé, sain et partiellement adhérent a été coupé à partir d'un échantillon de sapin Douglas. Ce bloc a d'abord été raboté dans la direction tangentielle, jusqu'au centre du nœud. Après chaque rabotage, des scans couleur ont été effectués ; puis une mesure par points lasers, des angles projetés des fibres de la dernière face visible présentant la coupe du nœud, réalisée. Le bloc a ensuite été raboté dans la direction radiale, depuis la naissance du nœud, c'est-à-dire depuis l'emplacement approximatif de la moelle, jusqu'à l'écorce (Fig. 2a), tous les 2 millimètres. Après chaque rabotage, un scan couleur et une mesure par points laser ont été effectués afin d'obtenir une cartographie complète de l'angle des fibres dans le plan LR et des couleurs de l'ensemble de l'échantillon (Figs. 2b et c).
Grâce à un algorithme de reconstruction des nœuds, combiné au modèle de déviation des fibres, Foley (2003) et Lukacevic et al. (2019) ont démontré qu'il était possible par éléments finis d'obtenir des profils de raideur effectifs des bois sciés, mais également, que le résultat était fortement impacté par les paramètres du modèle de déviation des fibres autour des nœuds (zone grise, Fig. 1), et la position supposée de la moelle du tronc, d'où la nécessité de mieux maîtriser ces derniers. Suite aux conclusions de cette étude, faible influence des paramètres de l'ovale de Rankine, impact fort de la géométrie du nœud, Habite et Olsson (2022) ont souhaité simplifier le modèle de Foley en ne définissant la géométrie des fibres qu'à partir de la définition des cernes de croissance, en supposant que les fibres suivent le chemin le plus court depuis la base jusqu'au sommet du tronc. Malheureusement, il conclut de cette tentative qu'il lui manque des données d'orientation 3D des fibres qui puissent lui permettre de juger de la qualité de son modèle. Ce constat est partagé par Hu et Olsson (2023) suite à une modélisation des fibres à partir de données tomographiques d'un bois scié.

<figure><img src="image_204.png" /><figcaption>Fig. 1 : Extrait du résumé graphique et résultats des simulations éléments finis suite au modèle combiné Foley + reconstruction des nœuds comparés aux résultats de la corrélation d'image issus d'un test de flexion 4 points réalisés par Lukacevic et al. (2019)</figcaption></figure>

L'objectif du travail présenté est donc de répondre à ce besoin, en développant une méthode de laboratoire permettant d'évaluer l'orientation 3D réelle des fibres.

## Matériel et méthode

Un bloc de bois avec un nœud plat complet, isolé, sain et partiellement adhérent a été coupé à partir d'un échantillon de sapin Douglas. Ce bloc a d'abord été raboté dans la direction tangentielle, jusqu'au centre du nœud. Après chaque rabotage, des scans couleur ont été effectués ; puis une mesure par points lasers, des angles projetés des fibres de la dernière face visible présentant la coupe du nœud, réalisée. Le bloc a ensuite été raboté dans la direction radiale, depuis la naissance du nœud, c'est-à-dire depuis l'emplacement approximatif de la moelle, jusqu'à l'écorce (Fig. 2a), tous les 2 millimètres. Après chaque rabotage, un scan couleur et une mesure par points laser ont été effectués afin d'obtenir une cartographie complète de l'angle des fibres dans le plan LR et des couleurs de l'ensemble de l'échantillon (Figs. 2b et c).
A l'aide de segmentation morphologique sur les scans couleur (Fig. 2d), les cernes de croissance du bloc de bois ont pu être reconstruits et les normales aux cernes déterminées (Fig. 2e). Puis, en utilisant les angles de fibres projetés dans le plan LR, nous avons pu déterminer l'orientation des fibres en 3D pour l'ensemble de l'échantillon, utilisant le fait que les fibres doivent rester tangent aux limites de cernes (Fig. 2f). La formule (encadré vert) utilisée est la suivante :

$$ \vec{v} = \vec{u} - \frac{\vec{u} \cdot \vec{n}}{n_z} \vec{z} \quad \rightarrow \quad d\vec{v} = d\vec{u} + \left( d\vec{u} \cdot \frac{\vec{n}}{n_z} \right) \vec{z} + \frac{\vec{u} \cdot (n_z \cdot d\vec{n} - d n_z \cdot \vec{n})}{n_z^2} \vec{z} = \delta_{du} + \delta_{ndu} + \delta_{udn} \quad (1) $$

où $\vec{v}$ est la direction de la fibre, $\vec{u}$ la direction mesurée de la fibre dans le plan de rabotage, et $\vec{n}$ est la direction normale au cerne (on obtient bien $\vec{v} \cdot \vec{n} = 0$).

<figure><img src="image_204.png" /><figcaption>Fig. 2 : (a) Illustration des plans de rabotages successifs de l'échantillon de Douglas ayant permis un cartographie couleur (b) et d'angle projeté longitudinal-tangentiel (c) de l'échantillon. Les scans couleurs ont ensuite été segmentés de manière à identifier les différents cernes de croissance (d). Des limites de cernes détectées est extrait un nuage de points sur lequel une estimation de la normale est réalisée (e) permettant le calcul de l'orientation 3D (f).</figcaption></figure>

## Résultats, conclusions et perspectives

En différenciant l'équation (1) il est possible de faire apparaître trois termes, dont les deux premiers (encadrés rouges) sont liés à l'incertitude de mesure, et le troisième (encadré bleu) à l'incertitude sur la direction normale aux cernes. On obtient que ce dernier terme est largement dominant et tend vers l'infini lorsque $n_z$ tend vers 0, c'est-à-dire lorsque les plans de rabotages sont perpendiculaires aux cernes. Néanmoins, on peut observer que les résultats obtenus (Fig. 3) semblent satisfaisants pour des valeurs d'angle de plongée $\beta$ dans le plan LT allant jusqu'à 50 degrés.

Cette méthode nous a donc permis d'obtenir une mesure véritable de l'angle des fibres réels d'un échantillon de douglas. Nous espérons la reproduire afin de créer de nouvelles données et ainsi permettre d'évaluer les modèles actuels de déviation des fibres du douglas ou d'autres essences.
A l'aide de segmentation morphologique sur les scans couleur (Fig. 2d), les cernes de croissance du bloc de bois ont pu être reconstruits et les normales aux cernes déterminées (Fig. 2e). Puis, en utilisant les angles de fibres projetés dans le plan LR, nous avons pu déterminer l'orientation des fibres en 3D pour l'ensemble de l'échantillon, utilisant le fait que les fibres doivent rester tangent aux limites de cernes (Fig. 2f). La formule (encadré vert) utilisée est la suivante :

$$ \vec{v} = \vec{u} - \frac{\vec{u} \cdot \vec{n}}{n_z} \vec{z} \quad \rightarrow \quad d\vec{v} = d\vec{u} + \left( d\vec{u} \cdot \frac{\vec{n}}{n_z} \right) \vec{z} + \frac{\vec{u} \cdot (n_z \cdot d\vec{n} - d n_z \cdot \vec{n})}{n_z^2} \vec{z} = \delta_{du} + \delta_{ndu} + \delta_{udn} \quad (1) $$

où $\vec{v}$ est la direction de la fibre, $\vec{u}$ la direction mesurée de la fibre dans le plan de rabotage, et $\vec{n}$ est la direction normale au cerne (on obtient bien $\vec{v} \cdot \vec{n} = 0$).

<figure><img src="image_205.png" /><figcaption>Fig. 2 : (a) Illustration des plans de rabotages successifs de l'échantillon de Douglas ayant permis un cartographie couleur (b) et d'angle projeté longitudinal-tangentiel (c) de l'échantillon. Les scans couleurs ont ensuite été segmentés de manière à identifier les différents cernes de croissance (d). Des limites de cernes détectées est extrait un nuage de points sur lequel une estimation de la normale est réalisée (e) permettant le calcul de l'orientation 3D (f).</figcaption></figure>

## Résultats, conclusions et perspectives

En différenciant l'équation (1) il est possible de faire apparaître trois termes, dont les deux premiers (encadrés rouges) sont liés à l'incertitude de mesure, et le troisième (encadré bleu) à l'incertitude sur la direction normale aux cernes. On obtient que ce dernier terme est largement dominant et tend vers l'infini lorsque $n_z$ tend vers 0, c'est-à-dire lorsque les plans de rabotages sont perpendiculaires aux cernes. Néanmoins, on peut observer que les résultats obtenus (Fig. 3) semblent satisfaisants pour des valeurs d'angle de plongée $\beta$ dans le plan LT allant jusqu'à 50 degrés.

Cette méthode nous a donc permis d'obtenir une mesure véritable de l'angle des fibres réels d'un échantillon de douglas. Nous espérons la reproduire afin de créer de nouvelles données et ainsi permettre d'évaluer les modèles actuels de déviation des fibres du douglas ou d'autres essences.
<figure><img src="image_205.png" /><figcaption>Fig. 3 : Streamplot de l'orientation des fibres déterminées par le calcul superposé au scan couleur de face rabotée correspondante.</figcaption></figure>

## Remerciements

Cette étude est financée par l'Agence Nationale pour la Recherche (projet EffiQuAss ANR-21-CE10-0002-01).

## Références

Olsson A., Pot G., Viguier J., Faydi Y., Oscarsson J. (2018) Performance of strength grading methods based on fibre orientation and axial resonance frequency applied to Norway spruce (Picea abies L.), Douglas fir and European oak. Annals of Forest Science, 75(4): 1-18.

Huber J.A., Broman O., Ekevad M., Oja J., Hansson L. (2022) A method for generating finite element models of wood boards from X-ray computed tomography scans. Computers & Structures, 260: 106702.

Hu M., Olsson A. (2023) Application of data from X-ray CT scanning and optical scanning to adjust model parameters for growth surfaces geometry surfaces and fibre directions in Norway spruce, In 3rd ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Wood Mechanics (CompWood 2023), September 5-8, 2023, Dresden, Germany (pp. 143-144).

Lukacevic M., Kandler G., Hu M., Olsson A., Füssl J. (2019) A 3D model for knots and related fiber deviations in sawn timber for prediction of mechanical properties of boards. Materials & Design, 166: 107617.

Foley C. (2003) Modeling the effects of knots in structural timber. PhD Dissertation at Lund Institute of Technology.

Habite T., Olsson A. (2022) Modelling of Knots and 3d Fibre Orientation within Timber Boards Based on Information Obtained from Optical Scanning. SSRN Electronic Journal. doi: 10.2139/ssrn.4110671.

Philipp G.E., Bodig J., Goodman J.R. (1981) Flow-grain analogy, Wood Science 14(2): 55-64.
<figure><img src="image_206.png" /><figcaption>Fig. 3 : Streamplot de l'orientation des fibres déterminées par le calcul superposé au scan couleur de face rabotée correspondante.</figcaption></figure>

Remerciements

Cette étude est financée par l'Agence Nationale pour la Recherche (projet EffiQuAss ANR-21-CE10-0002-01).

Références

Olsson A., Pot G., Viguier J., Faydi Y., Oscarsson J. (2018) Performance of strength grading methods based on fibre orientation and axial resonance frequency applied to Norway spruce (Picea abies L.), Douglas fir and European oak. Annals of Forest Science, 75(4): 1-18.

Huber J.A., Broman O., Ekevad M., Oja J., Hansson L. (2022) A method for generating finite element models of wood boards from X-ray computed tomography scans. Computers & Structures, 260: 106702.

Hu M., Olsson A. (2023) Application of data from X-ray CT scanning and optical scanning to ajust model parameters for growth surfaces geometry surfaces and fibre directions in Norway spruce, In 3rd ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Wood Mechanics (CompWood 2023), September 5-8, 2023, Dresden, Germany (pp. 143-144).

Lukacevic M., Kandler G., Hu M., Olsson A., Füssl J. (2019) A 3D model for knots and related fiber deviations in sawn timber for prediction of mechanical properties of boards. Materials & Design, 166: 107617.

Foley C. (2003) Modeling the effects of knots in structural timber. PhD Dissertation at Lund Institute of Technology.

Habite T., Olsson A. (2022) Modelling of Knots and 3d Fibre Orientation within Timber Boards Based on Information Obtained from Optical Scanning. SSRN Electronic Journal. doi: 10.2139/ssrn.4110671.

Philipps G.E., Bodig J., Goodman J.R. (1981) Flow-grain analogy, Wood Science 14(2): 55-64.
# Élaboration d'une résine époxy biosourcée

SANCHEZ Alexandre¹⁻², CASTETS Laurent², ROBLES Eduardo¹

¹IPREM – Université de Pau et des Pays de l'Adour, E25 UPPA, CNRS, IPREM, Mont de Marsan, France

²Gascogne Bois, Rte de Cap de Pin, 40210 Escource, France
alexandre.sanchez@univ-pau.fr

**Mots clefs** : acide, biosourcé, catalyseur, époxy, huile de lin, platelage, pin maritime, spectroscopie infrarouge

## Contexte et objectif

Le projet TERRASSUR a pour but la conception d'un platelage antidérapant issu de produits locaux de la région Sud-Ouest. Le platelage antidérapant devra être conçu via incrustation d'une matrice polymère biosourcée et d'une charge antidérapante. Le polymère retenu pour la conception de la matrice est un thermodurcissable biosourcé de type époxy.

L'objectif du projet sera donc la synthèse d'un polymère biosourcé de type époxy (Fig. 1). Le choix s'est porté sur l'utilisation d'une huile végétale transformée en prépolymère, l'huile de lin. La matrice thermodurcissable est obtenue par réticulation des chaînes de l'huile de lin en présence d'un catalyseur et d'acides (Di Mauro et al. 2022, Qi et al. 2018, Soon-Jin et al. 2004).

<figure><img src="image_206.png" /><figcaption>Fig 1 : Schéma réactionnel de préparation de la résine époxy biosourcée</figcaption></figure>

## Matériel et méthode

*Matériel.* L'huile de lin déjà transformée en prépolymère époxy a été fournie par Hobum Oleochemicals GmbH. L'acide gallique, l'acide hydroxybenzoïque et la pyridine (catalyseur) ont été achetés chez de Sigma-Aldrich et l'éthanol, utilisé en tant que solvant, chez Fisher Scientific.

*Méthode.* La masse exacte de chaque produit est définie par un calcul de ratio stœchiométrique de 1 entre l'huile de lin époxydée (ELO), l'acide gallique (AG) et l'acide hydroxybenzoïque (AHB). Le Tab. 1 présente les masses exactes en produits de chaque système, pour différents taux d'acides. Les masses exactes en acides ont été pesées dans un bécher de 50 mL avec l'ajout de 4 mL d'éthanol.

<table><caption>Tab. 1 : Proportion massique des réactifs pour chacun des systèmes</caption><thead><tr><td>Systèmes</td><td>Ratio AG/AHB</td><td>Masse ELO (g)</td><td>Masse AG (g)</td><td>Masse AHB (g)</td><td>Masse pyridine (g)</td><td>Volume éthanol (mL)</td></tr></thead><tbody><tr><td>A1</td><td>1/0</td><td>4,7</td><td>1,3</td><td>0</td><td>0,1</td><td>4</td></tr><tr><td>A2</td><td>0,9/0,1</td><td>4,7</td><td>1,2</td><td>0,1</td><td>0,1</td><td>4</td></tr><tr><td>A3</td><td>0,7/0,3</td><td>4,5</td><td>1,0</td><td>0,5</td><td>0,1</td><td>4</td></tr><tr><td>A4</td><td>0,5/0,5</td><td>4,4</td><td>0,8</td><td>0,8</td><td>0,1</td><td>4</td></tr></tbody></table>
# Élaboration d'une résine époxy biosourcée

SANCHEZ Alexandre¹⁻², CASTETS Laurent², ROBLES Eduardo¹

¹IPREM – Université de Pau et des Pays de l'Adour, E25 UPPA, CNRS, IPREM, Mont de Marsan, France

²Gascogne Bois, Rte de Cap de Pin, 40210 Escource, France
alexandre.sanchez@univ-pau.fr

**Mots clefs** : acide, biosourcé, catalyseur, époxy, huile de lin, platelage, pin maritime, spectroscopie infrarouge

## Contexte et objectif

Le projet TERRASSUR a pour but la conception d'un platelage antidérapant issu de produits locaux de la région Sud-Ouest. Le platelage antidérapant devra être conçu via incrustation d'une matrice polymère biosourcée et d'une charge antidérapante. Le polymère retenu pour la conception de la matrice est un thermodurcissable biosourcé de type époxy.

L'objectif du projet sera donc la synthèse d'un polymère biosourcé de type époxy (Fig. 1). Le choix s'est porté sur l'utilisation d'une huile végétale transformée en prépolymère, l'huile de lin. La matrice thermodurcissable est obtenue par réticulation des chaînes de l'huile de lin en présence d'un catalyseur et d'acides (Di Mauro et al. 2022, Qi et al. 2018, Soon-Jin et al. 2004).

<figure><img src="image_207.png" /><figcaption>Fig 1 : Schéma réactionnel de préparation de la résine époxy biosourcée</figcaption></figure>

## Matériel et méthode

*Matériel.* L'huile de lin déjà transformée en prépolymère époxy a été fournie par Hobum Oleochemicals GmbH. L'acide gallique, l'acide hydroxybenzoïque et la pyridine (catalyseur) ont été achetés chez de Sigma-Aldrich et l'éthanol, utilisé en tant que solvant, chez Fisher Scientific.

*Méthode.* La masse exacte de chaque produit est définie par un calcul de ratio stœchiométrique de 1 entre l'huile de lin époxydée (ELO), l'acide gallique (AG) et l'acide hydroxybenzoïque (AHB). Le Tab. 1 présente les masses exactes en produits de chaque système, pour différents taux d'acides. Les masses exactes en acides ont été pesées dans un bécher de 50 mL avec l'ajout de 4 mL d'éthanol.

<table><caption>Tab. 1 : Proportion massique des réactifs pour chacun des systèmes</caption><thead><tr><td>Systèmes</td><td>Ratio AG/AHB</td><td>Masse ELO (g)</td><td>Masse AG (g)</td><td>Masse AHB (g)</td><td>Masse pyridine (g)</td><td>Volume éthanol (mL)</td></tr></thead><tbody><tr><td>A1</td><td>1/0</td><td>4,7</td><td>1,3</td><td>0</td><td>0,1</td><td>4</td></tr><tr><td>A2</td><td>0,9/0,1</td><td>4,7</td><td>1,2</td><td>0,1</td><td>0,1</td><td>4</td></tr><tr><td>A3</td><td>0,7/0,3</td><td>4,5</td><td>1,0</td><td>0,5</td><td>0,1</td><td>4</td></tr><tr><td>A4</td><td>0,5/0,5</td><td>4,4</td><td>0,8</td><td>0,8</td><td>0,1</td><td>4</td></tr></tbody></table>
Le mélange est chauffé à une température de 60 °C sous agitation (100 rpm). La masse exacte en ELO est ensuite rajoutée, après dissolution des acides. Le mélange est de nouveau agité à 60 °C, jusqu'à l'apparition d'un bullage. Le mélange est ensuite passé à l'évaporateur rotatif pour une température de 60 °C, afin d'enlever la totalité du solvant. Les systèmes sont ensuite coulés dans un moule en silicone, mis à l'étuve et cuits suivant différents cycles de cuisson (Tab. 2).

<table><caption>Tab. 2 : Description des différents cycles de cuisson</caption><thead><tr><th>Cycles</th><th>t<sub>0</sub></th><th>t<sub>1</sub></th><th>t<sub>2</sub></th><th>t<sub>3</sub></th><th>t<sub>4</sub></th><th>t<sub>5</sub></th><th>t<sub>6</sub></th><th>t<sub>7</sub></th></tr></thead><tbody><tr><th>Températures</th><td>Ambiante</td><td>90 °C</td><td>90 °C</td><td>90 °C</td><td>90 °C</td><td>90 °C</td><td>95 °C</td><td>100 °C</td></tr><tr><th>Temps</th><td>Sortie de rotavapor</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td></tr></tbody></table>

## Résultats et discussions

La cinétique de réticulation de chaque système a été suivi par spectroscopie infrarouge (FTIR-ATR) après chaque cycle de cuisson (Sahoo et al., 2015). Le taux de conversion $\alpha$ est calculé par différence d'aire des pics d'absorption de la fonction oxirane à 823 cm$^{-1}$, entre le système non traité ($A_{823}$) uncured et le système traité ($A_{823}$) cured :

$$ \alpha = 1 - \frac{(A_{823})_{cured}}{(A_{823})_{uncured}} $$

La Fig. 2 illustre l'évolution du taux de conversion des systèmes A1, A2, A3 et A4 après chaque cycle de cuisson.

<figure><img src="image_207.png" /><figcaption>Fig. 2 : Taux de conversion des systèmes A1, A2, A3 et A4 après chaque cycle de cuisson.</figcaption></figure>

On remarque dans un premier temps, une différence de taux de conversion après seulement une heure de cuisson à 90 °C. En effet, le taux de conversion du système A4 comprenant 50 % en acide hydroxybenzoïque est nettement meilleur que le taux de conversion du produit ne comprenant que l'acide gallique, avec un pourcentage de 38 % pour 24 %. Cet écart est réduit de moitié après la 2ème heure de cuisson.

On constate tout de même une uniformité dans les résultats obtenus : après cinq heures de cuisson à 90 °C, les systèmes réticulent jusqu'à un seuil limite compris entre 42 et 47 %. Ce seuil est dépassé par augmentation de la température de 5 à 10 °C. Le changement de ratio entre l'acide gallique et l'hydroxybenzoïque n'a pas vraiment d'influence sur le taux de conversion $\alpha$, hormis en début de cuisson.

Le spectre infrarouge (Fig. 3) représente l'avancement cinétique du système A1 après chaque étape de cuisson. Dans notre cas, la diminution de l'intensité des pics de la zone à 823 cm$^{-1}$ est synonyme de réticulation. En effet, l'étape de cuisson amène à l'ouverture des cycles époxy et
Le mélange est chauffé à une température de 60 °C sous agitation (100 rpm). La masse exacte en ELO est ensuite rajoutée, après dissolution des acides. Le mélange est de nouveau agité à 60 °C, jusqu'à l'apparition d'un bullage. Le mélange est ensuite passé à l'évaporateur rotatif pour une température de 60 °C, afin d'enlever la totalité du solvant. Les systèmes sont ensuite coulés dans un moule en silicone, mis à l'étuve et cuits suivant différents cycles de cuisson (Tab. 2).

<table><caption>Tab. 2 : Description des différents cycles de cuisson</caption><thead><tr><th>Cycles</th><th>t<sub>0</sub></th><th>t<sub>1</sub></th><th>t<sub>2</sub></th><th>t<sub>3</sub></th><th>t<sub>4</sub></th><th>t<sub>5</sub></th><th>t<sub>6</sub></th><th>t<sub>7</sub></th></tr></thead><tbody><tr><th>Températures</th><td>Ambiante</td><td>90 °C</td><td>90 °C</td><td>90 °C</td><td>90 °C</td><td>90 °C</td><td>95 °C</td><td>100 °C</td></tr><tr><th>Temps</th><td>Sortie de rotavapor</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td><td>1 h</td></tr></tbody></table>

## Résultats et discussions

La cinétique de réticulation de chaque système a été suivi par spectroscopie infrarouge (FTIR-ATR) après chaque cycle de cuisson (Sahoo *et al.*, 2015). Le taux de conversion $\alpha$ est calculé par différence d'aire des pics d'absorption de la fonction oxirane à 823 cm$^{-1}$, entre le système non traité ($A_{823}$) uncured et le système traité ($A_{823}$) cured :

$$ \alpha = 1 - \frac{(A_{823})_{cured}}{(A_{823})_{uncured}} $$

La Fig. 2 illustre l'évolution du taux de conversion des systèmes A1, A2, A3 et A4 après chaque cycle de cuisson.

<figure><img src="image_208.png" /><figcaption>Fig. 2 : Taux de conversion des systèmes A1, A2, A3 et A4 après chaque cycle de cuisson.</figcaption></figure>

On remarque dans un premier temps, une différence de taux de conversion après seulement une heure de cuisson à 90 °C. En effet, le taux de conversion du système A4 comprenant 50 % en acide hydroxybenzoïque est nettement meilleur que le taux de conversion du produit ne comprenant que l'acide gallique, avec un pourcentage de 38 % pour 24 %. Cet écart est réduit de moitié après la 2ème heure de cuisson.

On constate tout de même une uniformité dans les résultats obtenus : après cinq heures de cuisson à 90 °C, les systèmes réticulent jusqu'à un seuil limite compris entre 42 et 47 %. Ce seuil est dépassé par augmentation de la température de 5 à 10 °C. Le changement de ratio entre l'acide gallique et l'hydroxybenzoïque n'a pas vraiment d'influence sur le taux de conversion $\alpha$, hormis en début de cuisson.

Le spectre infrarouge (Fig. 3) représente l'avancement cinétique du système A1 après chaque étape de cuisson. Dans notre cas, la diminution de l'intensité des pics de la zone à 823 cm$^{-1}$ est synonyme de réticulation. En effet, l'étape de cuisson amène à l'ouverture des cycles époxy et
à la création de liaison ester ou éther, entre l'huile et l'acide. Le réseau tridimensionnel est ainsi créé par transformation des fonctions époxy en fonction ester/éther. Cette transformation est visible par réduction de l'intensité des pics à 823 cm⁻¹.

<figure><img src="image_208.png" /><figcaption>Fig. 3 : Suivi cinétique en FTIR-ATR du système A1</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

L'utilisation de l'huile de lin époxydée en présence d'acides et d'un catalyseur, a permis l'obtention de thermodurcissables de type époxy, bios源cés entre 85 et 98 %. La température de réticulation ne dépassant pas les 100 °C, permet l'utilisation de ces thermodurcissables pour des applications fragiles à haute température. Il est donc possible d'utiliser ces époxy pour des applications utilisant du bois, comme les platelages. Des analyses thermogravimétriques et de traction sont à prévoir pour la suite du projet.

## Remerciements

Je remercie Eduardo Robles (responsable scientifique) ainsi que Laurent Castets (responsable R&D Gascogne bois) de m'avoir suivi au cours de ce projet. Je remercie l'ANR et Gascogne Bois pour le financement du projet. Je remercie l'UPPA pour m'avoir donné accès à leurs équipements.

## Références

* Di Mauro C., Genua A., Mija A. (2022) Fully bio-based reprocessable thermosetting resins based on epoxidized vegetable oils cured with itaconic acid. Industrial Crops & Products 185.

* Qi M., Xu Y.J., Rao W.H., Luo X., Chen L., Wang Y.Z. (2018) Epoxidized soybean oil cured with tannic acid for fully bio-based epoxy resin. RSC Adv., 8, 26948.

* Soo-Jin P., Jin F.L., Lee J.R. (2004) Synthesis and Thermal Properties of Epoxidized Vegetable Oil – Macromol. Rapid Commun. 25, 724–727.

* Sahoo S.K., Mohanty S., Nayak S.K. (2015) Toughened bio-based epoxy blend network modified with transesterified epoxidized soybean oil: synthesis and characterization, RSC Adv., 5, 13674.
à la création de liaison ester ou éther, entre l'huile et l'acide. Le réseau tridimensionnel est ainsi créé par transformation des fonctions époxy en fonction ester/éther. Cette transformation est visible par réduction de l'intensité des pics à 823 cm⁻¹.

<figure><img src="image_209.png" /><figcaption>Fig. 3 : Suivi cinétique en FTIR-ATR du système A1</figcaption></figure>

## Conclusion et perspectives

L'utilisation de l'huile de lin époxydée en présence d'acides et d'un catalyseur, a permis l'obtention de thermodurcissables de type époxy, bios源cés entre 85 et 98 %. La température de réticulation ne dépassant pas les 100 °C, permet l'utilisation de ces thermodurcissables pour des applications fragiles à haute température. Il est donc possible d'utiliser ces époxy pour des applications utilisant du bois, comme les platelages. Des analyses thermogravimétriques et de traction sont à prévoir pour la suite du projet.

## Remerciements

Je remercie Eduardo Robles (responsable scientifique) ainsi que Laurent Castets (responsable R&D Gascogne bois) de m'avoir suivi au cours de ce projet. Je remercie l'ANR et Gascogne Bois pour le financement du projet. Je remercie l'UPPA pour m'avoir donné accès à leurs équipements.

## Références

* Di Mauro C., Genua A., Mija A. (2022) Fully bio-based reprocessable thermosetting resins based on epoxidized vegetable oils cured with itaconic acid. Industrial Crops & Products 185.

* Qi M., Xu Y.J., Rao W.H., Luo X., Chen L., Wang Y.Z. (2018) Epoxidized soybean oil cured with tannic acid for fully bio-based epoxy resin. RSC Adv., 8, 26948.

* Soo-Jin P., Jin F.L., Lee J.R. (2004) Synthesis and Thermal Properties of Epoxidized Vegetable Oil – Macromol. Rapid Commun. 25, 724–727.

* Sahoo S.K., Mohanty S., Nayak S.K. (2015) Toughened bio-based epoxy blend network modified with transesterified epoxidized soybean oil: synthesis and characterization, RSC Adv., 5, 13674.
# Production of mycocomposite from wood industry waste

AGUILAR Kyle<fnref n="1" />, FIGEL Laura<fnref n="1" />, SAKER Safwan<fnref n="2" />, SOUFFLET Lucas<fnref n="2" />, BROSSE Nicolas<fnref n="1" />, BESSERER Arnaud<fnref n="1" />

**Key words:** Mycocomposite; Hydrothermal pretreatment; Fungus; Wood waste; Recycling

## Contexte et objectifs

Le succès des meubles en kit assemblés à partir de panneaux de particules et de MDF a pour conséquence une augmentation des déchets qui en résultent. Ces déchets sont appelés déchets d'éléments d'ameublement (DEA). Pour la partie bois, les DEA contiennent entre autres des résines telles que l'urée –formaldéhyde (UF) qui sert de liant lors de la fabrication des panneaux de particules et de MDF et complique leur valorisation en fin de vie. Cependant, les DEA bois sont potentiellement utilisables pour la production de matériaux dotés de propriétés multiples et à très faible impact environnemental : les mycocomposites. Il s'agit de matériaux composites constitués par des particules de matière lignocellulosique liées entre elles par le mycelium d'un champignon ce qui en fait un matériau 100% biosourcé et biodégradable. Dans le contexte d'un modèle d'économie circulaire basé sur le « zéro déchet » ces matériaux suscitent un intérêt grandissant (Mohd Fairus et al. 2022).

L'objectif principal de ce travail est de produire des mycocomposites à partir de particules de bois recyclé issues de l'industrie du panneau.

Les mycocomposites sont généralement produit à partir de résidus de biomasses agricoles. Le premier défi de ce travail de thèse qui s'inscrit dans le projet Profex (Ecomobiler) est donc de produire de manière reproductible et efficace des mycocomposites dans un système modèle bois/champignon. Cela nécessite de caractériser plus précisément le développement du champignon dans des particules de bois ayant subi ou non un prétraitement hydrothermal. Les connaissances acquises sur ce modèle seront alors transférées à la biomasse industrielle d'intérêt constituée de bois issu du recyclage.

## Matériel et méthodes

### Prétraitement hydrothermal de la biomasse

Le prétraitement hydrothermal utilisé est un procédé utilisé pour le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avant sa bioconversion enzymatique en produits d'intérêt. Il s'agit d'un procédé versatile dont les effets sur la biomasse sont dépendants des conditions de réaction. Des expériences préliminaires ont montré que des conditions modérées du prétraitement modifient la porosité des fibres et des particules et semblent permettre une meilleure croissance du champignon.

### Culture du champignon et production des mycocomposites :

La culture se décompose en deux parties : la pré-culture et la croissance du mycocomposite qui s'apparente à une fermentation en milieu solide. Les conditions de croissance et la pré-culture sont bien documentées dans la littérature mais la phase d'inoculation est quant à elle peu expliquée. La croissance du champignon durant la pré-culture ou la culture sur le substrat est

<footnote n="1">¹Université de Lorraine, LERMAB, France</footnote>

<footnote n="2">²CRITT, 27 Rue Philippe Séguin, 88000 Épinal, France
[kyle.aguilar@univ-lorraine.fr](mailto:kyle.aguilar@univ-lorraine.fr)</footnote>
# Production of mycocomposite from wood industry waste

AGUILAR Kyle<fnref n="1" />, FIGEL Laura<fnref n="1" />, SAKER Safwan<fnref n="2" />, SOUFFLET Lucas<fnref n="2" />, BROSSE Nicolas<fnref n="1" />, BESSERER Arnaud<fnref n="1" />

**Key words:** Mycocomposite; Hydrothermal pretreatment; Fungus; Wood waste; Recycling

## Contexte et objectifs

Le succès des meubles en kit assemblés à partir de panneaux de particules et de MDF a pour conséquence une augmentation des déchets qui en résultent. Ces déchets sont appelés déchets d'éléments d'ameublement (DEA). Pour la partie bois, les DEA contiennent entre autres des résines telles que l'urée –formaldéhyde (UF) qui sert de liant lors de la fabrication des panneaux de particules et de MDF et complique leur valorisation en fin de vie. Cependant, les DEA bois sont potentiellement utilisables pour la production de matériaux dotés de propriétés multiples et à très faible impact environnemental : les mycocomposites. Il s'agit de matériaux composites constitués par des particules de matière lignocellulosique liées entre elles par le mycelium d'un champignon ce qui en fait un matériau 100% biosourcé et biodégradable. Dans le contexte d'un modèle d'économie circulaire basé sur le « zéro déchet » ces matériaux suscitent un intérêt grandissant (Mohd Fairus et al. 2022).

L'objectif principal de ce travail est de produire des mycocomposites à partir de particules de bois recyclé issues de l'industrie du panneau.

Les mycocomposites sont généralement produit à partir de résidus de biomasses agricoles. Le premier défi de ce travail de thèse qui s'inscrit dans le projet Profex (Ecomobiler) est donc de produire de manière reproductible et efficace des mycocomposites dans un système modèle bois/champignon. Cela nécessite de caractériser plus précisément le développement du champignon dans des particules de bois ayant subi ou non un prétraitement hydrothermal. Les connaissances acquises sur ce modèle seront alors transférées à la biomasse industrielle d'intérêt constituée de bois issu du recyclage.

## Matériel et méthodes

### Prétraitement hydrothermal de la biomasse

Le prétraitement hydrothermal utilisé est un procédé utilisé pour le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avant sa bioconversion enzymatique en produits d'intérêt. Il s'agit d'un procédé versatile dont les effets sur la biomasse sont dépendants des conditions de réaction. Des expériences préliminaires ont montré que des conditions modérées du prétraitement modifient la porosité des fibres et des particules et semblent permettre une meilleure croissance du champignon.

### Culture du champignon et production des mycocomposites :

La culture se décompose en deux parties : la pré-culture et la croissance du mycocomposite qui s'apparente à une fermentation en milieu solide. Les conditions de croissance et la pré-culture sont bien documentées dans la littérature mais la phase d'inoculation est quant à elle peu expliquée. La croissance du champignon durant la pré-culture ou la culture sur le substrat est

<footnote n="1">¹Université de Lorraine, LERMAB, France</footnote>

<footnote n="2">²CRITT, 27 Rue Philippe Séguin, 88000 Épinal, France
[kyle.aguilar@univ-lorraine.fr](mailto:kyle.aguilar@univ-lorraine.fr)</footnote>
réalisée dans des conditions de croissance spécifiques et favorables selon l'espèce fongique choisie (dans notre cas *T. versicolor* CTB 863 A) (Elsacker et al. 2020 & Lelivelt et al. 2015). Une température comprise entre 25°C et 30°C permet d'obtenir une croissance optimale pour l'espèce *Trametes versicolor*. La pré-culture peut se faire en milieu solide ou liquide (avec ou sans agitation). Le choix de la méthode de culture reste important et impacte également les propriétés du matériau final (Elsacker et al. 2019). Certaines espèces fongiques telles que le *Trametes versicolor* sont cependant plus propices à une culture liquide que d'autres (Elsacker et al. 2019 & Dutton et al. 1993). La phase d'inoculation intervient une fois qu'une quantité suffisante de biomasse fongique a été récoltée. Il s'en suit la phase de culture du mycocomposite. Les méthodes diffèrent également et sont nombreuses (Attias et al. 2020). Dans notre cas comme la grande majorité des méthodes, la croissance sur le substrat s'effectue dans un moule de manière à obtenir la forme du matériau voulue pendant la croissance (Lelivelt et al. 2015). Ayant comme objectif la production d'un panneau, nous réaliserons une étape de pressage qui sera réalisée à la fin de la croissance.

## Résultats et discussion

Le prétraitement hydrothermal est connu pour modifier les propriétés physico-chimiques de la paroi du bois (Besserer et al., 2022 Troncoso-Ortega et al., 2021). Afin d'évaluer l'effet d'un traitement hydrothermal effectué sur des particules de hêtre sur le développement de *T. versicolor*, des mycocomposites ont été réalisés en utilisant ces deux types de biomasses comme substrat de croissance pour le champignon. L'observation des matériaux obtenus après 5 j de croissance (Fig. 1 et 2) montre que *T. versicolor* a une croissance plus importante et plus homogène sur les particules traitées (Fig. 2).

<figure><img src="image_209.png" /><figcaption>Fig. 1 : Mycocomposite à partir de biomasse native</figcaption></figure>

<figure><img src="image_210.png" /><figcaption>Fig. 2 : Mycocomposite à partir de biomasse prétraitée</figcaption></figure>

L'observation au microscope électronique à balayage (MEB) du mycocomposite montre une densité de mycelium et une colonisation des particules plus importantes dans les mycocomposites réalisés à partir de particules traitées (Fig. 3b, 4b). L'observation au MEB des particules avant et après le prétraitement a montré un défibrage et une modification structurelle des particules (Fig. 3a,c, 4a,c).

Ces observations ont été complétées par des analyses en spectrométrie proche infrarouge (NIRS). Cette technique non destructive permet de mettre en évidence une forte modification des particules lors du traitement hydrothermal. Les résultats de l'imagerie et du NIRS sont donc corrélés. Ces données constituent une base pour la modélisation de croissance du champignon dans les particules en vue d'optimiser la production de mycocomposites.

Le prétraitement hydrothermal affectant l'ultrastructure et la physico-chimie de la paroi, nous avons fait l'hypothèse d'un enrichissement en nutriments et en molécules signal de la phase liquide obtenue lors du prétraitement. Afin de tester l'activité biologique de cette phase liquide lors de la phase de production du mycocomposite, le milieu de culture habituellement utilisé, a
réalisée dans des conditions de croissance spécifiques et favorables selon l'espèce fongique choisie (dans notre cas *T. versicolor* CTB 863 A) (Elsacker et al. 2020 & Lelivelt et al. 2015). Une température comprise entre 25°C et 30°C permet d'obtenir une croissance optimale pour l'espèce *Trametes versicolor*. La pré-culture peut se faire en milieu solide ou liquide (avec ou sans agitation). Le choix de la méthode de culture reste important et impacte également les propriétés du matériau final (Elsacker et al. 2019). Certaines espèces fongiques telles que le *Trametes versicolor* sont cependant plus propices à une culture liquide que d'autres (Elsacker et al. 2019 & Dutton et al. 1993). La phase d'inoculation intervient une fois qu'une quantité suffisante de biomasse fongique a été récoltée. Il s'en suit la phase de culture du mycocomposite. Les méthodes diffèrent également et sont nombreuses (Attias et al. 2020). Dans notre cas comme la grande majorité des méthodes, la croissance sur le substrat s'effectue dans un moule de manière à obtenir la forme du matériau voulue pendant la croissance (Lelivelt et al. 2015). Ayant comme objectif la production d'un panneau, nous réaliserons une étape de pressage qui sera réalisée à la fin de la croissance.

## Résultats et discussion

Le prétraitement hydrothermal est connu pour modifier les propriétés physico-chimiques de la paroi du bois (Besserer et al., 2022 Troncoso-Ortega et al., 2021). Afin d'évaluer l'effet d'un traitement hydrothermal effectué sur des particules de hêtre sur le développement de *T. versicolor*, des mycocomposites ont été réalisés en utilisant ces deux types de biomasses comme substrat de croissance pour le champignon. L'observation des matériaux obtenus après 5 j de croissance (Fig. 1 et 2) montre que *T. versicolor* a une croissance plus importante et plus homogène sur les particules traitées (Fig. 2).

<figure><img src="image_210.png" /><figcaption>Fig. 1 : Mycocomposite à partir de biomasse native</figcaption></figure>

<figure><img src="image_211.png" /><figcaption>Fig. 2 : Mycocomposite à partir de biomasse prétraitée</figcaption></figure>

L'observation au microscope électronique à balayage (MEB) du mycocomposite montre une densité de mycelium et une colonisation des particules plus importantes dans les mycocomposites réalisés à partir de particules traitées (Fig. 3b, 4b). L'observation au MEB des particules avant et après le prétraitement a montré un défibrage et une modification structurelle des particules (Fig. 3a,c, 4a,c).

Ces observations ont été complétées par des analyses en spectrométrie proche infrarouge (NIRS). Cette technique non destructive permet de mettre en évidence une forte modification des particules lors du traitement hydrothermal. Les résultats de l'imagerie et du NIRS sont donc corrélés. Ces données constituent une base pour la modélisation de croissance du champignon dans les particules en vue d'optimiser la production de mycocomposites

Le prétraitement hydrothermal affectant l'ultrastructure et la physico-chimie de la paroi, nous avons fait l'hypothèse d'un enrichissement en nutriments et en molécules signal de la phase liquide obtenue lors du prétraitement. Afin de tester l'activité biologique de cette phase liquide lors de la phase de production du mycocomposite, le milieu de culture habituellement utilisé, a
été substitué par cette phase liquide. Au niveau qualitatif, une nette amélioration de la croissance fongique a été observée (Fig. 5, 6).

<figure><img src="image_211.png" /><figcaption>Fig. 3 : Images MEB de hêtre non traité : (a) particule de hêtre natif ; (b) présence du champignon dans un mycocomposite hêtre natif ; (c) surface d'une particule non traitée</figcaption></figure>

<figure><img src="image_212.png" /><figcaption>Fig. 4 : Images MEB de hêtre traité : (a) particule de hêtre prétraitée ; présence du champignon dans un mycocomposite hêtre prétraité ; surface d'une particule prétraitée</figcaption></figure>

<figure><img src="image_213.png" /><figcaption>Fig. 5 Mycocomposite hêtre natif sans ajout supplémentaire</figcaption></figure>

<figure><img src="image_214.png" /><figcaption>Fig. 6 : Mycocomposite hêtre natif avec ajout d'effluent du traitement hydrothermal.</figcaption></figure>

De ce fait, des analyses des phases liquides ont été réalisées pour tenter de mieux comprendre ce phénomène et d'identifier les molécules présentes dans les phases liquides ayant un potentiel inhibiteur ou stimulateur sur la croissance de *T. versicolor*.

D'une part, le résultat d'une analyse DNS nous a permis d'observer un taux de sucre important dans les phases liquides. Ce résultat ainsi que les mesures de masses sèches des effluents dans lesquelles on trouve une concentration de 10,02 g/L de molécules justifie que l'analyse de ces effluents soit un élément important pour une croissance rapide du champignon et permettrait d'obtenir une production rapide de mycomposite. Pour ce faire, des analyses par HPTLC ont été réalisés dans le but d'identifier les éléments présents dans les différentes phases liquides notamment les molécules inhibitrices ou stimulatrices de croissance. Des essais en réalisant des dérivations et migrations différentes ont montré que l'on retrouve un nombre important de molécules différentes dans les effluents. L'optimisation de la méthode d'HPTLC ayant débuté, a pour objectif d'approfondir l'analyse des molécules et de leurs effets sur la croissance
été substitué par cette phase liquide. Au niveau qualitatif, une nette amélioration de la croissance fongique a été observée (Fig. 5, 6).

<figure><img src="image_212.png" /><figcaption>Fig. 3 : Images MEB de hêtre non traité : (a) particule de hêtre natif ; (b) présence du champignon dans un mycocomposite hêtre natif ; (c) surface d'une particule non traitée</figcaption></figure>

<figure><img src="image_213.png" /><figcaption>Fig. 4 : Images MEB de hêtre traité : (a) particule de hêtre prétraitée ; présence du champignon dans un mycocomposite hêtre prétraité ; surface d'une particule prétraitée</figcaption></figure>

<figure><img src="image_214.png" /><figcaption>Fig. 5 : Mycocomposite hêtre natif sans ajout supplémentaire</figcaption></figure>

<figure><img src="image_215.png" /><figcaption>Fig. 6 : Mycocomposite hêtre natif avec ajout d'effluent du traitement hydrothermal.</figcaption></figure>

De ce fait, des analyses des phases liquides ont été réalisées pour tenter de mieux comprendre ce phénomène et d'identifier les molécules présentes dans les phases liquides ayant un potentiel inhibiteur ou stimulateur sur la croissance de *T. versicolor*.

D'une part, le résultat d'une analyse DNS nous a permis d'observer un taux de sucre important dans les phases liquides. Ce résultat ainsi que les mesures de masses sèches des effluents dans lesquelles on trouve une concentration de 10,02 g/L de molécules justifie que l'analyse de ces effluents soit un élément important pour une croissance rapide du champignon et permettrait d'obtenir une production rapide de mycomposite. Pour ce faire, des analyses par HPTLC ont été réalisés dans le but d'identifier les éléments présents dans les différentes phases liquides notamment les molécules inhibitrices ou stimulatrices de croissance. Des essais en réalisant des dérivations et migrations différentes ont montré que l'on retrouve un nombre important de molécules différentes dans les effluents. L'optimisation de la méthode d'HPTLC ayant débuté, a pour objectif d'approfondir l'analyse des molécules et de leurs effets sur la croissance
fongique, avec un couplage avec d'autres méthodes d'analyse comme la chromatographie ionique pour l'analyse approfondie des sucres.

D'autre part, des analyses sur l'utilisation des effluents pour substituer le milieu de culture liquide standard par ces derniers ont été menées. En supplément du résultat précédent sur l'amélioration de croissance avec l'ajout d'effluent (Fig. 5 et 6), les tests d'inhibition n'ont montré aucun effet inhibiteur. Des cultures liquide avec un milieu de culture composé d'effluent du prétraitement ont permis d'obtenir une croissance fongique plus importante qu'avec un milieu standard (Fig. 7).

<figure><img src="image_215.png" /><figcaption>Fig. 7 : Masse sèche de champignon en fonction du milieu de culture liquide</figcaption></figure>

En parallèle de l'étude des mycocomposites à partir de biomasse de hêtre, la production de mycocomposite avec des déchets de l'industrie du bois a été étudiée.

Dans un premier temps, aucune croissance de *T. versicolor* n'a été observée sur le bois recyclé (Fig. 8). L'effet inhibiteur de croissance a été écarté avec l'observation de croissance de *T. versicolor* lors d'essais d'inhibition avec le bois recyclé et les effluents. Dans un second temps des analyses menées en microscopie et en spectroscopie infrarouge ont montré que les déchets de l'industrie du bois utilisé comme substrat sont composés en majorité de résineux. Une étude intermédiaire a été menée sur le prétraitement de différentes essences et a permis de montrer que le prétraitement impacte la croissance de *T. versicolor* sur les essences de manières différentes. Une croissance a été observée avec un substrat de bois recyclé et prétraité et a permis d'aboutir par la suite à la production de mycocomposite (Fig. 9).

<figure><img src="image_216.png" /><figcaption>Fig. 8 : Mycocomposite avec du bois recyclé non traité</figcaption></figure>

<figure><img src="image_217.png" /><figcaption>Fig. 9 : Mycocomposite avec du bois recyclé et prétraité – dimensions : 150x150x50mm</figcaption></figure>
fongique, avec un couplage avec d'autres méthodes d'analyse comme la chromatographie ionique pour l'analyse approfondie des sucres.

D'autre part, des analyses sur l'utilisation des effluents pour substituer le milieu de culture liquide standard par ces derniers ont été menées. En supplément du résultat précédent sur l'amélioration de croissance avec l'ajout d'effluent (Fig. 5 et 6), les tests d'inhibition n'ont montré aucun effet inhibiteur. Des cultures liquide avec un milieu de culture composé d'effluent du prétraitement ont permis d'obtenir une croissance fongique plus importante qu'avec un milieu standard (Fig. 7).

<figure><img src="image_216.png" /><figcaption>Fig. 7 : Masse sèche de champignon en fonction du milieu de culture liquide</figcaption></figure>

En parallèle de l'étude des mycocomposites à partir de biomasse de hêtre, la production de mycocomposite avec des déchets de l'industrie du bois a été étudiée.

Dans un premier temps, aucune croissance de *T. versicolor* n'a été observée sur le bois recyclé (Fig. 8). L'effet inhibiteur de croissance a été écarté avec l'observation de croissance de *T. versicolor* lors d'essais d'inhibition avec le bois recyclé et les effluents. Dans un second temps des analyses menées en microscopie et en spectroscopie infrarouge ont montré que les déchets de l'industrie du bois utilisé comme substrat sont composés en majorité de résineux. Une étude intermédiaire a été menée sur le prétraitement de différentes essences et a permis de montrer que le prétraitement impacte la croissance de *T. versicolor* sur les essences de manières différentes. Une croissance a été observée avec un substrat de bois recyclé et prétraité et a permis d'aboutir par la suite à la production de mycocomposite (Fig. 9).

<figure><img src="image_217.png" /><figcaption>Fig. 8 : Mycocomposite avec du bois recyclé non traité</figcaption></figure>

<figure><img src="image_218.png" /><figcaption>Fig. 9 : Mycocomposite avec du bois recyclé et prétraité – dimensions : 150x150x50mm</figcaption></figure>
Conclusion et perspectives

Avec l'étude de la biomasse solide et des effluents, on peut affirmer que le prétraitement utilisé a un effet significatif dans le processus de production de mycocomposites. Non seulement les particules traitées permettent d'accroître la colonisation des particules par le champignon mais les effluents, semblent également jouer un rôle de stimulateur de croissance important. Ainsi le couplage des deux nous permet d'améliorer de façon drastique la croissance du champignon et ainsi de remplir l'objectif d'une utilisation totale des éléments produits par le prétraitement hydrothermal à partir d'une biomasse bois disponible localement. De plus, le prétraitement hydrothermal joue un rôle important dans l'utilisation de bois recyclé comme substrat de croissance et permet d'obtenir une croissance de *T. versicolor* sur le bois et la production de mycocomposite.

Références

Attias N., Danai O., Abitbol T., Tarazi E., Ezov N., Pereman I., Grobman Y.J. (2020) Mycelium bio-composites in industrial design and architecture: Comparative review and experimental analysis. J. Clean. Prod. 246, 119037. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119037

Besserer A., Obame S.N., Safou-Tchima R., Saker S., Ziegler-Devin I., Brosse N. (2022) Biorefining of Aucoumea klaineana wood: Impact of steam explosion on the composition and ultrastructure the cell wall. Ind. Crops Prod. 177, 114432

Dutton M.V., Evans C.S., Atkey P.T., Wood D.A. (1993) Oxalate production by Basidiomycetes, including the white-rot species Coriolus versicolor and Phanerochaete chrysosporium. Appl. Microbiol. Biotechnol. 39, 5-10. https://doi.org/10.1007/BF00166839

Elsacker E., Vandelook S., Brancart J., Peeters E., De Laet L. (2019) Mechanical, physical and chemical characterisation of mycelium-based composites with different types of lignocellulosic substrates. Plos One 14, e0213954. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213954

Elsacker E., Vandelook S., Van Wylick A., Ruytinx J., De Laet L., Peeters E. (2020) A comprehensive framework for the production of mycelium-based lignocellulosic composites. Sci. Total Environ. 725, 138431. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138431

Mohd Fairus M.J., Kamal Bahrin E., Natasha E., Arbaain N., Ramli N. (2022) Mycelium-based composite: a way forward for renewable material. J. Sustain. Sci. Manag. 17, 271-280. https://doi.org/10.46754/jssm.2022.01.018

Lelivelt R.J.J. (2015) The mechanical possibilities of mycelium materials, p. 83.
## Conclusion et perspectives

Avec l'étude de la biomasse solide et des effluents, on peut affirmer que le prétraitement utilisé a un effet significatif dans le processus de production de mycocomposites. Non seulement les particules traitées permettent d'accroître la colonisation des particules par le champignon mais les effluents, semblent également jouer un rôle de stimulateur de croissance important. Ainsi le couplage des deux nous permet d'améliorer de façon drastique la croissance du champignon et ainsi de remplir l'objectif d'une utilisation totale des éléments produits par le prétraitement hydrothermal à partir d'une biomasse bois disponible localement. De plus, le prétraitement hydrothermal joue un rôle important dans l'utilisation de bois recyclé comme substrat de croissance et permet d'obtenir une croissance de *T. versicolor* sur le bois et la production de mycocomposite.

## Références

Attias N., Danai O., Abitbol T., Tarazi E., Ezov N., Pereman I., Grobman Y.J. (2020) Mycelium bio-composites in industrial design and architecture: Comparative review and experimental analysis. J. Clean. Prod. 246, 119037. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119037

Besserer A., Obame S.N., Safou-Tchima R., Saker S., Ziegler-Devin I., Brosse N. (2022) Biorefining of Aucoumea klaineana wood: Impact of steam explosion on the composition and ultrastructure of the cell wall. Ind. Crops Prod. 177, 114432

Dutton M.V., Evans C.S., Atkey P.T., Wood D.A. (1993) Oxalate production by Basidiomycetes, including the white-rot species Coriolus versicolor and Phanerochaete chrysosporium. Appl. Microbiol. Biotechnol. 39, 5-10. https://doi.org/10.1007/BF00166839

Elsacker E., Vandelook S., Brancart J., Peeters E., De Laet L. (2019) Mechanical, physical and chemical characterisation of mycelium-based composites with different types of lignocellulosic substrates. Plos One 14, e0213954. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213954

Elsacker E., Vandelook S., Van Wylick A., Ruytinx J., De Laet L., Peeters E. (2020) A comprehensive framework for the production of mycelium-based lignocellulosic composites. Sci. Total Environ. 725, 138431. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138431

Mohd Fairus M.J., Kamal Bahrin E., Natasha E., Arbaain N., Ramli N. (2022) Mycelium-based composite: a way forward for renewable material. J. Sustain. Sci. Manag. 17, 271-280. https://doi.org/10.46754/jssm.2022.01.018

Lelivelt R.J.J. (2015) The mechanical possibilities of mycelium materials, p. 83.
# Méthodologie de couplage des marqueurs chimiques et des marqueurs génétiques dans la traçabilité du bois. Cas du Tali, genre *Erythrophleum*

ARNAUD Maëlle<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, NDIADE BOUROUBOU Dyana<fnref n="1" />, BOESCHOTEN Laura<fnref n="3" />, ROCHA VENÂNCIO MEYER-SAN Barbara<fnref n="3" />

**Mots clefs** : Traçabilité ; Bois ; Commerce illégal ; Afrique centrale ; Déclarations de douanes ; Authentification ; Marqueurs chimiques ; Marqueurs génétiques ;

## Contexte

La traçabilité du bois est un concept décrit par la norme ISO 8402 (1994) comme étant « l'aptitude à retrouver l'historique et l'utilisation ou la localisation d'un article ou d'une activité au moyen d'une identification enregistrée » (Fuentealba et al 2006). La traçabilité du « bois » et des « produits dérivés du bois » joue un rôle important dans la filière forêt-bois. En effet, celle-ci permet d'identifier le bois et de remonter jusqu'à son origine géographique et parfois même jusqu'à son lieu de récolte. L'exploitation du bois en Afrique centrale (Fig. 1) est considérée soit comme légale (CFAD, FSC, CITES), soit comme illégale (hors concession et ne respectant pas les conventions et les normes). De ce fait, certains producteurs de bois d'Afrique centrale (Fig. 2) font des déclarations de douanes frauduleuses afin d'infiltrer sur le marché les bois issus de l'exploitation illégale.

<figure><img src="image_218.png" /><figcaption>Fig. 1 : Carte présentant les pays d'Afrique centrale et l'étendue de la forêt du bassin du Congo</figcaption></figure>

<figure><img src="image_219.png" /><figcaption>Fig. 2 : Concept de traçabilité et enjeux dans la filière forêt-bois en Afrique centrale</figcaption></figure>

<footnote n="1">¹Institut de Recherches Agronomiques et Forestières (IRAF), CENAREST, Gabon</footnote>

<footnote n="2">²Master Sciences du bois, Faculté des Sciences de Montpellier, France</footnote>

<footnote n="3">³ Université de Wageningen, The Netherlands</footnote>

<footnote>maelle.arnaud01@etu.umontpellier.fr</footnote>