technique et forêt DIAGRAMMES XYLOCHRONOLOGIQUES PAR DYNAMOSTRATIGRAPHIE

Transcription

1 technique et forêt DIAGRAMMES XYLOCHRONOLOGIQUES PAR DYNAMOSTRATIGRAPHIE F. CHAGNEAU - M. LEVASSEUR L'importance de la forêt et de sa filière-bois représente un enjeu considérable pour la vie moderne et l'avenir. Des problèmes, tant écologiques qu'économiques, se trouvent étroitement liés et nécessitent des recherches constantes pour améliorer la richesse forestière et, en même temps, accroître les performances des bois d'oeuvre. Ces améliorations de gestion passent par le développement de techniques de contrôle de qualité, performantes, rapides, fiables et, si possible, peu onéreuses. Les techniques les plus anciennes de contrôle, basées essentiellement sur des analyses visuelles (macroscopiques et microscopiques), rendent toujours d'excellents services ; mais pour déterminer les propriétés physiques du bois et quantifier les qualités mécaniques, seuls des laboratoires modernes bien équipés peuvent répondre à ce problème. Plus récemment, la xylochronologie (Polge, 1966) s'est avérée être une technique de laboratoire complète et performante. L'échantillon de bois à étudier est prélevé par carottage. Cet échantillon une fois normalisé et positionné, se trouve radiographié sous rayons X. Le cliché obtenu donne par densitométrie les paramètres mécaniques et chronologiques souhaités. Une technique plus récente encore, non destructive, basée sur la propagation d'une onde ultrasonore est en cours de développement (Preziosa, 1982). Mais cette méthode qui nécessite un appareillage lié à un traitement de signal élaboré n'atteint pas la qualité proposée par la xylochronologie. 211 Rev. For. Fr. XLI

2 F. CHAGNEAU - M. LEVASSEUR DYNAM OSTRATI G FIAPH I E Le principe de fonctionnement de la dynamostratigraphie est décrit au moyen des figures 1 (ci-contre) et 2 (ci-dessous). Un pénétrateur adapté à l'étude (foret spécial à queue longue, permettant un dégagement complet des copeaux avec taille frontale plane et guide pilote si nécessaire) est mis en rotation avec une vitesse constante V0. système de translation imposée capteur de déplacement plateau mobile capteur de force pénétrateur (en rotation imposée) Figure 1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT _ pièce stratifiée Figure 2 SYNOPTIQUE DU DYNAMOSTRATIGRAPHE consignes contrôle traitement signal 'k i traitement signal enregistreur graphique analogique régulation électronique alimentation capteur de déplacement commande en translation du pénétrateur capteur de force commande en rotation du pénétrateur d extension mémorisation des informations Cette rotation se trouve synchronisée à un déplacement axial X à vitesse imposée Vx, permettant une pénétration régulière au sein du matériau. À chaque instant, un capteur de force rnesure la résis- microordinateur~ 212

3 Technique et forêt tance R à la pénétration et le couple de valeur (X, R) est recueilli sur un enregistreur, soit analogique en table traçante, soit relié à une chaîne d'acquisition de données. L'enregistrement permet de constater les variations de résistances. La durée de l'essai liée au perçage est souvent brève (de l'ordre de la minute par tranche de quelques centimètres de bois). Les résultats mécaniques apparaissent alors graphiquement au fur et à mesure du perçage et ces résultats peuvent bien sûr être mémorisés ou numérisés immédiatement. EXEMPLES D'UTILISATION Les figures 3 (ci-dessous) et 5 (p. 215) montrent les résultats d'essais obtenus en laboratoire sur divers matériaux composés de bois. Les chiffres de résistance R à la pénétration sont en dan, tandis que la profondeur de pénétration X est donnée en mm. R (dan) Dendrochronologie d'un échantillon de bois de Pin La figure 3 montre une succession de pics de résistance correspondant aux cernes annuels de croissance. 3 2 a 1 0 R (dan) 3 b 2 Figure 3 CERNES ANNUELS DE 1 CROISSANCE (PIN) POUR DEUX POINTS a, b DISTANTS DE 5 mm. VO = 400 tr/mn, Vx = 10 mm/mn, a 0 foret spécial 3 lèvres = 4 mm X (mm) 213 Rev. For. Fr. XL

4 F. CHAGNEAU - M. LEVASSEUR 214

5 Technique et forfit Il est ainsi possible de déterminer la chronologie de la croissance de l'échantillon mais aussi de connaître immédiatement l'épaisseur et la résistance mécanique relative des différentes parties du bois. Outre une connaissance rapide de la qualité, ces éléments apportent les informations quantifiées nécessaires aux disciplines fondamentales ou appliquées liées au bois. La comparaison de deux essais a et b effectués en deux points proches de l'échantillon, montre l'excellente reproductibilité de la méthode. Ces deux diagrammes a et b tracés par dynamostratigraphie sont comparables au document de la figure 4 (p. 214), obtenu par xylochronologie sur un autre échantillon de Pin. La finesse des signaux, dans notre procédé, sera encore améliorée par des modifications techniques de notre machine d'essais. Structure d'un lamellé collé, allié à des matériaux de synthèse (figure 5) La première zone a, qui s'étend de 0 à 2,2 mm, correspond à un revêtement de résine époxyde renforcée de laine de fibre de verre. Le palier supérieur montre une résistance uniforme au sein de cette couche dont l'effort de pénétration du foret (7,7 dan) est le plus important. Les quatre zones suivantes b, c, d, e, entre 2,2 et 14,2 mm représentent un contre-plaqué multicouche (quatre plis, dont les deux plis centraux ne sont pas croisés). La forme du signal R(x) correspond bien à l'aspect de la structure de ce contre-plaqué. Lorsque le diagramme du pli présente un maximum de résistance (plis b, d, e), l'aspect du bois est hétérogène et présente une zone plus dense. Lorsque le diagramme est pratiquement plat (pli c), l'aspect du bois est homogène. La zone f qui s'étend de 14,2 à 17 mm, donne la résistance relativement faible d'une nouvelle couche de résine de qualité inférieure. La zone g enfin représente cette même résine dans laquelle se trouve noyé un tissu de fibre de verre dont les fils correspondent aux pics enregistrés. R (dan) Figure 5 LAMELLÉ COLLE ALLIÉ À DES MATÉRIAUX DE SYNTHÈSE (VO = 400 tr/mn, Vx = 10 mm/mn, 0 foret adapté 2 lèvres = 4 mm) o X (mm) Rev. For. Fr. XLI

6 F. CHAGNEAU - M. LEVASSEUR DISCUSSION La dynamostratigraphie nécessite de nombreuses études complémentaires qui permettront de normaliser les essais (vitesses, pénétrateur...) d'une manière analogue à ce qui est advenu pour les essais de dureté. De plus en donnant des résultats comparables à la xylochronologie, la technique que nous présentons aura l'avantage d'être opérationnelle sur le site même. Dans ce cas et comme pour les méthodes de prélèvement, la dynamostratigraphie n'est pas exempte de possibilité d'erreurs de parallaxe lors du perçage au sein d'un arbre. Cependant, vu la rapidité d'exécution et le peu de dommage causé au bois (un foret de 1,5 mm de diamètre donne des diagrammes identiques à ceux présentés), il est facile d'effectuer d'autres sondages en modifiant l'angle de départ. En normalisant les pénétrateurs, les essais étant parfaitement reproductibles, les faibles efforts de pénétration requis pour la dynamostratigraphie doivent permettre de miniaturiser l'appareillage qui n'en est actuellement qu'au stade du laboratoire. Il convient également de remarquer que le perçage d'un trou, de 1 à 4 mm de diamètre dans une pièce, n'est que très peu destructif. Il peut être obturé ou subsister avec les autres trous qui assurent des fonctions d'assemblage par exemple. CONCLUSIONS Les résultats présentés à l'aide de notre prototype montrent une richesse de détails comparables à la xylochronologie. La concordance des profils obtenus indique une bonne compatibilité entre les deux techniques et le passage de l'une à l'autre ne doit pas nécessiter d'étalonnage complexe. Notre méthode assure donc un recoupement des informations, données souvent précieuses pour l'homme de l'art ; elle permettra aussi de travailler directement sur le site en ne détériorant que très légèrement les matériaux testés. Dans l'état actuel de nos travaux, notre méthode permet de mesurer avec précision l'épaisseur et la résistance relative des différentes strates. La dynamostratigraphie devrait s'avérer un outil fort utile pour toutes les disciplines liées à la recherche ou à l'industrie du bois. F. CHAGNEAU M. LEVASSEUR Laboratoire de Mécanique appliquée INSTITUT UNIVERSITAIRE DE TECHNOLOGIE DE RENNES B.P RENNES CEDEX BIBLIOGRAPHIE POLGE (H.). Établissement des courbes de variation de la densité du bois par exploration densitométrique de radiographies d'échantillons prélevés à la tarière sur des arbres vivants. Application dans les domaines technologique et physiologique. Annales des Sciences forestières, vol. XXIII, fasc. 1, 1966 (Thèse de Doctorat es Sciences, Nancy, 1966). PREZIOSA (C.). Thèse Docteur Ingénieur, Orléans,