BOIS 1. PRODUITS 2. STRUCTURE DU BOIS 3. CROISSANCE ANNUELLE 4. CLASSIFICATION DES ARBRES 5. MICROSTRUCTURE 6. CONSTITUANTS CHIMIQUES DU BOIS 7

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1 BOIS 1. PRODUITS 2. STRUCTURE DU BOIS 3. CROISSANCE ANNUELLE 4. CLASSIFICATION DES ARBRES 5. MICROSTRUCTURE 6. CONSTITUANTS CHIMIQUES DU BOIS 7. PROPRIETES PHYSIQUES 8. PROPRIETES MECANIQUES 9. PRODUITS DERIVES DU BOIS 10. REFERENCES 1. PRODUITS Bois massif Bois lamellé collé Panneaux de contreplaqué Panneaux de latté Panneaux de copeaux Panneaux de particules Panneaux de fibres Bois reconstitué Papier... 1

2 1. STRUCTURE DU BOIS A. Niveau macroscopique : écorce (liber dur et initial) cambium aubier cœur ou duramen moelle cernes annuelles rayons ligneux 2

3 B. Comment se forme le bois? Toutes les plantes vasculaires (des fougères aux Angiospermes) possèdent des tissus conducteurs. Le xylème conduit verticalement la sève brute du sol vers les feuilles. Le phloème conduit la sève élaborée par les feuilles vers toutes les régions de la plante. Ces tissus, différenciés chez les jeunes plantes sont dits primaires. Chez les plantes ligneuses, 3

4 entre le xylème primaire et le phloème primaire, se met en place une zone de cellules peu différenciées à divisions actives. Cette zone génératrice appelée cambium libéro-ligneux produit des cellules qui se différencient en xylème secondaire (le bois, d'où le qualificatif ligneux) et en phloème secondaire (ou liber). Fonctionnement du cambium libéro-ligneux. (exemple d'une tige). Les cellules du cambium (en jaune) se divisent et produisent vers l'intérieur des cellules qui se différencient en cellules de xylème secondaire (ou bois) et vers l'extérieur des cellules qui se différencient en cellules de phloème secondaire (ou liber). Le xylème primaire étant du côté du centre de la tige, sa position est fixe. Par suite de son activité, le cambium est donc repossé vers l'extérieur. D'une manière générale, la production de bois (X2) est supérieure à la production de liber (P2). 4

5 Vue générale du fonctionnement du cambium dans une tige d'un an. Un cylindre continu de bois (en vert) est formé par le cambium (en jaune) qui au fur et à mesure de son fonctionnement se déplace vers l'extérieur. Le liber (en rouge) est repoussé vers l'extérieur au fur et à mesure de sa formation. Il en est de même du phloème primaire qui est écrasé à la périphérie. L'épiderme sous tension éclate. La protection vis à vis du milieu extérieur sera alors réalisée par un nouveau tissu secondaire, le liège (en bleu). Voici ce que l'on observe, tout au début de la formation des tissus secondaires : 5

6 La zone rouge correspond au phloème secondaire ou liber. La zone verte correspond au xylème secondaire ou bois. Le cambium se situe à la base de la zone rouge où l'on observe des cellules très plates venant de se diviser. Les cellules du bois se différencient en édifiant une paroi secondaire composée en partie de lignine. La lignine est imperméable à l'eau. Cependant, cette paroi permet des transferts intercellulaires grâce à des amincissements (ponctuations) dépourvus de lignine ou par de véritables perforations. C'est ainsi que l'on distingue les trachéides caractéristiques des bois de conifères (Gymnospermes) et les vrais vaisseaux caractéristiques des bois 6

7 Schéma très théorique de la différenciation d'un élément du bois. A : jeune file de cellules ligneuses non différenciées. Les cellules sont vivantes et leur paroi primaire est composée de pectines, d'hémicelluloses et de cellulose (en rouge). B : file de trachéides différenciées : les cellules ont secrété une nouvelle substance, la lignine (en vert). Cette paroi secondaire épaisse n'est pas complète et laisse par endroits des plages fines composées seulement de la paroi primaire. Ces ponctuations permettent le passage de la sève par diffusion. Ce schéma est théorique, l'extrémité des trachéides est oblique. C: un vaisseau. Les parois terminales des éléments sont perforées, ce qui améliore considérablement la circulation. Le bois des Gymnospermes est dit homoxylé car il ne contient que des trachéides qui assurent à la fois le soutien et la conduction 7

8 de la sève. Le bois des Angiospermes, au contraire, contient trois types d'éléments verticaux : des fibres de type trachéide qui assurent le soutien, des cellules de parenchyme et des vaisseaux qui assurent la conduction. Dans les deux cas, il existe des éléments horizontaux de parenchyme (rayons). C. Structure d'un tronc d'arbre Chez les espèces ligneuses et pérennantes (arbres, arbustes, buissons), le fonctionnement du cambium suit un cycle saisonnier (dans les climats comportant des saisons bien tranchées). En région tempérée, le fonctionnement s'interrompt à l'automne et reprend au printemps. Chaque année, un nouveau cylindre de bois est formé à l'extérieur du précédent. Sur une coupe transversale de tronc, ces couches concentriques annuelles s'appellent des cernes. 8

9 Schématisation d'un tronc de 6 ans. Autour des faisceaux de xylème primaire (au centre), six cernes de bois ont été formés ; le plus externe est le plus récent ; il est en contact avec le cambium (en jaune) ; celui-ci a également formé six cernes de phloème mais les plus anciens ont éclaté par suite de l'augmentation du diamètre du tronc ; seule le plus récent (en rouge) est visible ; toute l'écorce ancienne a disparu et est remplacée par la dernière production de liège (en bleu). 9

10 Coupe anatomique transversale d'un tronc de tilleul de 8 ans. Comparer avec le schéma précédent. Les cernes de bois sont irréguliers. Leur épaisseur dépend des conditions climatiques de l'année durant laquelle ils se sont formés. Le liber est éclaté vers l'extérieur par suite de l'augmentation du diamètre. Le cambium est la zone très fine qui sépare le bois (zone verte) et le liber (zone rouge). Le liège est la zone foncée située en bas à droite. Dendrochronologie Le comptage des cernes du bois permet de calculer l'âge de l'arbre (si la mesure est effectuée à la base du tronc) ou l'âge d'une branche. 10

11 L'analyse de l'épaisseur et de la densité des différents cernes (bois de printemps et bois d'automne pour chaque cerne) permet de connaître les conditions environnementales qu'a subit cet arbre au cours du temps (climat, température, pluviosité ou sécheresse). La connaissance de toutes ces données pour des arbres d'une région permet donc une approche des climats passés. Les profils dendrométriques réalisés chez des troncs d'arbres d'une région ainsi que dans des poutres participant à des constructions anciennes peuvent être comparés et mis bout à bout. On peut ainsi avoir des profils sur plusieurs centaines d'années. Ces profils de référence permettent de dater par exemple des poutres d'âge inconnu. La partie fonctionnelle d'un tronc d'arbre est constituée du liber des dernières années, du cambium et du bois des dernières années. Lorsqu'on sectionne un arbre, cambium et liber, tissus vivants, sèchent et disparaissent rapidement. Il ne reste plus de l'écorce que le liège à l'extérieur et le bois à l'intérieur. 11

12 Tronc de genêt fraîchement coupé. Il est très facile de séparer l'écorce (liber + liège) du bois. La séparation s'effectue au niveau du cambium qui est le tissu le moins différencié donc le plus fragile. D.Coupes 12

13 Matériau anisotrope, propriétés mécaniques, physiques et technologiques changent suivant la direction. 3 plans ligneux: plan transversal plan tangentiel plan radial Coupe radiale Structure gigogne ( conique) 13

14 4. CLASSIFICATION DES ARBRES Les arbres sont divisés en deux grandes classes : résineux ou conifères feuillus à zones poreuses A. résineux ou conifères 14

15 Représentation schématique d'un bois résineux (par exemple épicéa). 15

16 Microstructure d'un bois résineux à structure uniforme B. Les feuillus 16

17 Représentation schématique d'un bois feuillus à zone poreuses(chêne) 17

18 Coupe transversale de bois de chêne. La section est effectuée à la limite de deux cernes. En bas, le bois d'été (année n) dans lequel on distingue quelques petits vaisseaux. En haut, le bois de printemps (année n + 18

19 1) dans lequel on observe de nombreux vaisseaux de très fort diamètre. Ces vaisseaux qui assurent la conduction sont entourés de nombreuses fibres de faible diamètre qui permettent principalement le soutien. Des rayons (certains très fins, certains très épais) traversent les cernes de haut en bas. Ils sont sinueux à côté des gros vaisseaux 5. MICROSTRUCTURE Niveau microscopique : cellule parois ponctuation vaisseaux rayons ligneux canaux résinifères A. Cellule Cellule de bois cellule de bois 19

20 de printemps d'été B. Paroi Paroi composite comprenant 5 couches 20

21 Représentation schématique des différentes couches constituant la paroi cellulaire C. Ponctuations Coupe longitudinale des cellules de printemps pour observer les ponctuations des lumens 21

22 Types de ponctuation: a) ponctuation simple; b) ponctuation aréolée ; et C) ponctuation semi-aréolée. 6. CONSTITUANTS CHIMIQUES DU BOIS 22

23 7. PROPRIETES PHYSIQUES A. Densité B. Teneur en eau W (%) = 100 (Pw-P0) / P0 Du point de vue de l'utilisation, on appelle : Bois anhydre W = 0 Bois desséché 0 < W < 13 Bois sec à l air 13 < W < 18% Bois commercialement sec 18 < W < 23% Bois mi-sec 23 < W < 30% Bois vert W > 30% 23

24 C. Isotherme D adsorption Isotherme d adsorption du bois d épicéa à 20, 40,60,80 et 100 C. D. Propriétés thermiques Dilatation thermique l/l = α T αt = 25 x 10-6 à 50 x 10-6 αr = 15 x 10-6 à 35 x 10-6 αl = 3 x 10-6 à 6 x

25 Conductibilité thermique Fonction de la densité et de la teneur en eau 8. PROPRIETES MECANIQUES A. Retrait-gonflement Retrait en fonction de la teneur en eau et de la densité. 25

26 Relation schématique entre retrait en fonction de l humidité relative de l atmosphère pour l épicéa. B. Résistance 26

27 La résistance et le module en fonction de la densité du bois et de la teneur en eau. 27

28 9. PRODUITS DERIVES DU BOIS 28

29 C. Placages Sont des minces feuilles en bois, obtenues par sciage ou par tranchage d'une pièce du bois spécialement préparée ou produites par le déroulage d'une grume. Emplois : comme plis extérieurs pour embellir production de bois améliorés 29

30 Fabrication : Scies, trancheuses ou dérouleuses Ramollissement préalable par chauffage, cuisson ou étuvage Placages déroulés 30

31 Placages tranchés Placages sciés D. Bois lamellé-collé 31

32 32

33 Assemblage par collage des pièces de dimensions relativement grandes afin d obtenir des éléments de construction très importants, par exemple des poutres de grande portée. Les inconvénients du bois équarri : section très affaiblie localement par des défauts fente radiale de retrait section limitée longueur limitée formes rigide liberté de forme courber les lamelles Fabrication Collage sous pression Colles à base d urée ou de résorcine Section usuelle des lames : 33.3 x 200mm Hauteur : 2m à cause des dimensions des raboteuses Longueur : pas limitée (joints à entures multiples) Amélioration de la résistance globale (flexion 14 à la Place de 12 N/mm2) Panneaux contreplaqués Panneaux constitués au moins de trois couches de bois, collées entre elles à fils croisés. Deux types de panneaux : panneaux à plis 33

34 panneaux forts À âme lattée à âme lamellée E. Panneaux de fibres Composés de fibres de bois ou de faisceaux de fibres dont les propriétés physiques et mécaniques dépendent de l'adjonction de colle et de produits d imprégnation. panneaux tendres panneaux durs 34

35 panneaux spéciaux Fabrication : copeaux produits dans des déchiqueteuses soumis à la vapeur et pression de 7 à 15 atm. Pour les ramollir et préparer la séparation des fibres (par défibrage entre des meules profilées) dépôt sur une toile métallique, séchage et pressage (pour panneaux durs). Adjuvants : paraffines, émulsions bitumineuses ou huiles siccatives pour améliorer la résistance à l eau et résines phénoliques pour la résistance mécanique. Propriétés : Améliore les propriétés de la matière première et élimine l anisotropie. Adsorption d eau plus faible que le bois conditionnés à un taux d humidité de 6 à 8% correspondants à des taux climatiques normaux (HR=60%). Durabilité : Ne doivent pas être exposés directement aux intempéries, ni être soumis à une humidité trop élevé. 35

36 F. Panneaux de particules Eléments de construction constitués de copeaux de bois et généralement agglomérés avec des résines synthétiques par pressage à chaud. La qualité de ces panneaux ne cesse de s'améliorer, les derniers étant le médium et l'osb (Oriented Strand Board). Fabrication : réduction du bois en copeaux, encollage par colle synthétique et durcisseur pression à plat (T = 140 à 200 C) refroidissement, rabotage et ponçage 36

37 Propriétés : Durabilité : propriétés identiques en longueur et largeur grandes dimensions absorption d humidité plus faible retrait et gonflement plus faible en longueur et largeur p/r au gonflement longitudinal du bois massif mais plus fort en épaisseur éviter l exposition aux intempéries 37