et nommer le bois Photographies de Wilfried Beaujouan
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- Gautier Pagé
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1 connaître, reconnaître et nommer le bois 29 Une matière Le bois est la matière qui se trouve sous l écorce de la tige, une substance dure, compacte, solide, qui constitue la racine, la tige et les branches des arbres et arbrisseaux (dictionnaire Littré). Cette définition nous indique que le bois est une matière première produite à partir de plantes ligneuses, mais elle ne nous dit Connaître, reconnaître et nommer le bois Paul Corbineau Sculpteur sur bois, anatomiste Nicola Macchioni Ingénieur, enseignant chercheur cnr ivalsa, Centre national italien de la recherche Institut du bois et de l arbre Photographies de Wilfried Beaujouan rien de sa constitution et de son rapport à l homme. En effet, pour la plupart des gens, le bois est un objet du quotidien, tels la chaise en hêtre, la poutre en chêne, la table en merisier, la rambarde en iroko, la guitare en épicéa et en érable sycomore ondé, la latte en châtaignier, le pont de voilier en teck, la sculpture en tilleul, la cagette en peuplier, le bardage en douglas, le lambris en pin maritime, la bibliothèque en padouk, la bûche en charme, le Fig 1 Poste d observation du bois de chêne, Quercus sp., dans le laboratoire d anatomie de l École supérieure du bois à Nantes. coffret en cyprès, l armoire en noyer, la commode en acajou, le manche d outil en frêne, la moulure en pin sylvestre, l établi en bossé, le piquet de la vigne en robinier, le parquet en wengé, l arc en if, l escalier en sipo, la frisette en platane, le pilier en cocotier, le bardeau en mélèze, le moyeu de roue en orme Faut-il alors parler du bois ou plutôt des bois? Beaucoup de plantes différentes élaborent du bois mais, en dépit de leur diversité, toutes les plantes ligneuses sont des organismes végétaux aux caractéristiques communes. Elles sont des plantes vivaces, c est-à-dire capables de vivre pendant plusieurs années, contrairement aux plantes annuelles comme le blé dur (Triticum durum) ou le maïs (Zea mays). Les plantes ligneuses grandissent en ajoutant de nouvelles couches de cellules au-dessus de celles des années précédentes. Chez les végétaux, les tissus capables de se diviser pour former de nouvelles cellules sont appelés méristèmes. Les méristèmes primaires génèrent des tissus primaires et permettent l allongement de l axe de la plante. Les méristèmes secondaires des plantes vivaces forment les tissus secondaires et assurent ainsi la croissance en diamètre de cet axe. Pour comprendre le comportement du bois en tant que matière première, il est essentiel de connaître sa nature. Il est, en effet, impossible de comprendre les qualités technologiques du bois si on ignore ses fonctions dans un organisme végétal. Son origine La fonction du bois dans l arbre Quelle est la fonction du bois à l intérieur des arbres? Pourquoi cette matière s est-elle développée au cours de l évolution des plantes? Tous les organismes vivants doivent principalement survivre, donc se nourrir et se reproduire. Autotrophes, les organismes végétaux synthétisent l eau et les sels minéraux puisés dans le sol grâce à la photosynthèse qui a lieu au niveau des organes d assimilation de couleur verte, les feuilles dans le cas des plantes arborescentes. La reproduction des organismes végétaux est assurée par des cônes ou des fleurs, lieux de production des gamètes puis des graines. Les tiges, les feuilles et les fleurs se développent depuis les bourgeons contenant le méristème primaire. À ce niveau de définition, le bois ne semble pas encore concerné par ces fonctions. La plante doit acheminer une grande quantité d eau pour maintenir la turgescence des cellules de la feuille et permettre la transpiration, l échange de gaz avec l extérieur ainsi que la photosynthèse. Un peu de cette eau sera combinée avec le dioxyde de carbone de l air pour synthétiser un liquide nourricier composé d hydrates de carbone, autrement dit des sucres. Ce liquide est appelé sève élaborée. Fig 2 Échantillon de wengé, Milletia laurentii : coupe sur dosse (voir figure 4). Ce veinage flamboyant illustre les trois fonctions du bois, avec les stries des vaisseaux pour le transport de la sève brute, des couches de fibres de soutien de couleur très sombre et des couches de cellules de réserve d aspect blanchâtre.
2 30 racines connaître, reconnaître et nommer le bois 31 Consommée par les feuilles, l eau provient entièrement du sol. La première fonction du bois est donc de transporter de l eau et des sels minéraux, puisés dans le sol, vers les feuilles. Ce mélange porte le nom de sève brute. Les feuilles effectuent la photosynthèse grâce à l énergie transmise par le rayonnement solaire. Afin de profiter de ces radiations solaires, les plantes entrent en concurrence et chacune d entre elles cherche à développer un houppier le plus élevé possible associé à une large couronne. Au travers des racines, de la tige et des branches, la deuxième fonction du bois est alors de fournir un soutien mécanique adapté pour supporter le poids et les sollicitations apportés par la couronne. Enfin, la troisième fonction du bois est de stocker, à l intérieur de certaines cellules spécialisées, une partie de la sève élaborée non consommée. Selon les besoins, ces réserves d énergie, stockées sous forme d amidon, peuvent être remises en circulation dans le cycle de la sève brute. Les principales fonctions exercées par le bois dans l arbre sont donc le transport de la sève brute des racines aux feuilles, le support mécanique de la couronne et le stockage des réserves. Un tissu Le tissu d un être vivant est un ensemble de cellules, de même morphologie, agencées de manière particulière et reliées entre elles pour assurer une fonction spécialisée. Chez les conifères et les feuillus, les tissus assurant les fonctions de transport, de soutien et de stockage composent le xylème secondaire. Constitué de cellules initiales, un méristème secondaire, appelé cambium ou assise génératrice cambiale, élabore les nouvelles cellules du xylème secondaire. Celles-ci sont formées d une paroi primaire peu épaisse et sont soudées entre elles par une lamelle, dite moyenne, contenant des pectines. Ces cellules vont ensuite subir une maturation qui les rend aptes à exercer les fonctions décrites ci-dessus. Le processus de maturation va provoquer un agrandissement et un élargissement des cellules du bois. Ces dernières seront beaucoup plus longues que larges. La paroi cellulaire est ensuite renforcée par la déposition d une autre paroi, dite paroi secondaire. Organisée en trois couches diversement orientées, elle est particulièrement riche en cellulose et en lignine. Au fur et à mesure, les contenus cellulaires et la plupart des pectines sont éliminés. Le xylème secondaire devient alors un tissu formé principalement par des cellules vides, biologiquement mortes, à paroi cellulaire épaisse et résistante. C est au début de l ère primaire que les plantes, alors constituées principalement de cellulose, développent les lignines afin d assurer une meilleure performance en compression des tiges, et ainsi croître vers la lumière. C est au cours de cette période qu elles sont devenues des plantes ligneuses. À l ère secondaire, avec l essor des Gymnospermes, plantes à graines nues, cette matière lignifiée donne le bois des conifères ou résineux. À la fin du Secondaire, et alors que cette matière ligneuse devient plus élaborée et diversifiée, apparaissent les Angiospermes, plantes à fleurs et à graines abritées par un fruit. Les Monocotylédones, comme les palmiers, sont édifiées avec une matière ligneuse différente de celle du bois des Dicotylédones, comme les feuillus. Donc une définition scientifique plus complète du bois pourrait être la suivante : Matière première sous l écorce de la tige, des branches et des racines d arbres et d arbustes, formée par un ensemble de tissus d origine secondaire, à parois lignifiées, résultant du fonctionnement, vers l intérieur, de l assise génératrice cambiale 1. Les parois cellulaires À ce stade, il est nécessaire d apporter quelques précisions sur le cycle de la sève brute. Constituer une colonne d eau continue sur 100 mètres de haut pour les arbres les plus grands, tels les séquoias ou les eucalyptus, est en effet un défi à la loi de la gravité. L eau et les sels minéraux constituants de la sève brute sont puisés dans le sol par les poils des radicelles situés aux extrémités des racines. À travers le système de transport constitué par le xylème, la sève brute atteint la voûte foliaire. Une grande partie de l eau qu elle contient se transforme en vapeur au niveau des feuilles exposées au soleil. Cette eau est libérée dans l atmosphère afin que la feuille ne chauffe pas trop. La force principale qui tire la colonne d eau est donc cette évapotranspiration au niveau foliaire, qui provoque un différentiel négatif de pression au sommet de l arbre. À lui seul, ce processus de tension ne suffit cependant pas à conduire la colonne d eau vers la cime. La cohésion des molécules d eau, la faible pression de l eau accumulée dans l extrémité des racines, les phénomènes de capillarité ascendants au sein des lumens cellulaires étroits du xylème sont parmi les autres facteurs qui contribuent, sans pour autant justifier les hauteurs atteintes, à l acheminement de la sève brute vers le sommet de l arbre. Cette remontée de la sève brute est aussi rendue possible par la composition chimique 1. Jean-Marc Venet, Identification et classement des bois français, Nancy, engref, 1987 (modifié). Fig 3 Départ de branche dans un tronc de robinier, Robinia pseudoacacia, montrant le bois de tension. particulière des parois de la cellule. Elle est constituée d environ 50 % de cellulose, 25 % d hémicellulose et 25 % de lignine. Ce mélange détermine la solidité mécanique des parois et leur capacité à absorber l humi dité. La cellulose et l hémicellulose des parois sont des polysaccharides hydrophiles. Notons cependant que cette attraction est partiellement atténuée par la présence des lignines, hydrophobes. Les phénomènes d attraction et de répulsion contribuent à la remontée capillaire en favorisant l adhésion de la colonne d eau aux parois et ainsi son ascension vers la cime. La théorie décrite de tension-cohésionadhésion explique la continuité de la colonne de l eau, nécessité vitale pour la croissance des plantes ligneuses. Dans les parois cellulaires, les molécules longues de cellulose sont organisées en paquets nommés microfibrilles. Ces dernières sont orientées dans l axe de la cellule. Dans la matrice de molécules d hémicellulose disposée entre les paquets de microfibrilles, des molécules de lignine, non organisées spatialement, assurent l enrobage et le durcissement des parois. Vitale pour les arbres sur pied, cette constitution des parois explique les qualités de résistance du bois : excellente à la traction, plus ou moins performante à la flexion et bonne à la compression 2. Le bois dit de réaction nous permet de mieux comprendre le rôle de la cellulose et des lignines. Ce bois a réagi aux contraintes mécaniques liées à l inclinaison éventuelle d une tige ou au départ latéral d une branche. Chez les conifères, d origine plus ancienne, le bois de réaction est composé de cellules 2. Cf. l article Physique et mécanique du bois, p
3 32 racines connaître, reconnaître et nommer le bois 33 écorce aubier , 2 et 3 : bois de fil parallèle au tronc, dans l axe de l arbre. 1 : plan longitudinal tangentiel, tangent aux cernes, dessin en forme d ogive ou de flamme. Coupe sur dosse. 2 : plan intermédiaire. Coupe sur faux quartier. 3 : plan longitudinal radial, perpendiculaire aux cernes, dessin avec des lignes parallèles. Coupe sur quartier. 4 : plan transversal, perpendiculaire à l axe du tronc, dessin avec les cernes concentriques. Coupe en bois de bout. Fig 4 Les plans d observation de la structure du bois dessinés sur une sculpture pyrogravée en tilleul, Tilia sp. disposées sous la charge avec des parois contenant plus de lignine efficace en compression, d où son nom de bois de compression. Il soutient par-dessous comme le ferait un étai. Pour les feuillus, plus récents dans l histoire de l évolution, le bois de réaction est constitué de cellules installées au-dessus de la charge, avec des parois contenant plus de cellulose efficace en tension et en flexion, d où son nom de bois de tension. Il soutient par-dessus comme le ferait un hauban. Le bois sous toutes ses facettes Comment les cellules formant le xylème sontelles organisées à l intérieur de l arbre? Lors de la croissance de l arbre, le cambium forme des couches de nouvelles cellules entre le bois et l écorce. La nouvelle couche est déposée vers l intérieur en suivant la forme de la plante. Le bois élaboré par l arbre prend différents aspects macroscopiques selon les trois plans d observation : tangentiel, radial et transversal. Le bois entre l écorce et la moelle L observation d une coupe transversale (fig. 5) permet de distinguer : une écorce externe, une écorce interne, une zone de bois clair appelé aubier, le bois de cœur éventuellement plus sombre, appelé aussi duramen, et enfin la moelle. Le bois de l aubier comme le bois de cœur peuvent être divisés en bandes alternatives claires et sombres : ce sont les cernes annuels de croissance. L écorce et le cambium L écorce externe, ou rhytidome, produite par un méristème secondaire spécifique, est un duramen moelle écorce externe écorce interne bois initial bois final cerne annuel Fig 5 Coupes transversales du pin laricio, Pinus nigra subsp. laricio (à gauche), et du chêne, Quercus sp. (à droite), et zooms au niveau de l écorce. tissu mort qui assure la protection contre la prédation, les chocs thermiques et mécaniques. À l intérieur de l écorce externe se trouve le liège, qui est constitué par une fine couche de cellules aux parois cellulosiques imprégnées de subérine, une substance assurant l étanchéité. Sous l écorce, le cambium génère les tissus conducteurs de sève. Vers l extérieur, le cambium produit le phloème secondaire, ou liber, qui constitue l écorce interne et dont la fonction est de distribuer la sève élaborée. Vers l intérieur, le cambium produit le xylème secondaire dont la fonction primordiale est de conduire la sève brute vers les feuilles. Ce xylème secondaire est le bois. Année après année, il s accroît de nouvelles couches de cellules qui se superposent et augmentent la circonférence et le diamètre des racines, du tronc et des branches. L aubier et le duramen Les couches ligneuses les plus récentes participent activement aux fonctions vitales de l arbre, en particulier pour le transport en périphérie de la sève brute et pour le stockage des substances de réserve. Au fur et à mesure, les couches les plus internes cessent d être impliquées dans ces fonctions. Les parenchymes, cellules stockant les substances de réserve, se dévitalisent et meurent. Ils subissent alors des changements biochimiques qui participent en partie à la consolidation du bois de cœur. Ces cellules contribuent à la préservation du bois de cœur par la diffusion de tannins. Jouxtant l aubier blanchâtre, et en raison des substances colorantes contenues dans les tannins, le bois de cœur peut être plus coloré et plus ou moins foncé. Ce processus de transformation est nommé duraminisation. Dans tous les arbres,
4 34 racines connaître, reconnaître et nommer le bois 35 Fig 6 Bois de merisier, Prunus avium : la différence de couleur entre le duramen, plus foncé, et l aubier est bien visible. la couleur blanchâtre de l aubier sous l écorce est due à la constitution de la paroi cellulaire : un mélange d environ trois quarts de cellulose blanche comme le coton et d un quart de lignine d une couleur similaire au café. L épaisseur de l aubier est très variable selon les espèces et la rapidité de la croissance. Le châtaignier, par exemple, ne maintient que 3 à 5 cernes en aubier alors que le chêne peut en garder 15 à 20 et le pin laricio autour de 20 (fig. 5). Il convient de souligner que, physiologiquement, aubier et bois de cœur existent toujours dans les arbres matures mais ils peuvent être de couleur indifférenciée. Dans tous les cas et bien qu il participe au support mécanique de l ensemble, le bois de cœur peut disparaître sans compromettre la croissance de l arbre. Lorsque l arbre est vivant, l aubier est physiologiquement actif et donc en mesure de répondre à l attaque d agents pathogènes grâce à l activité des cellules du parenchyme qui développent alors d efficaces barrières physiologiques. Une fois l arbre abattu, la situation est curieusement inversée. L aubier n étant plus protégé par l activité des cellules du parenchyme, il devient altérable tandis que le duramen reste durable. Les cernes Le cambium produit et dispose différents types de cellules dans un ordre à la fois prédéterminé par les gènes et adapté aux contraintes spécifiques de l environnement telles que la disponibilité en eau, la température extérieure, la durée et la succession des saisons. Dans les régions où la végétation est confrontée à des saisons très froides provoquant un arrêt végétatif, la production de bois cesse au fur et à mesure que le nombre d heures de soleil décroît et que les températures diminuent. Pour les plantes imbibées d eau, le passage à des températures négatives peut être fatal. Elles s adaptent soit en Fig 7 Échantillon de sapin, Abies alba : coupe sur dosse. concentrant leurs sucres, soit par la chute des feuilles pour éviter le gel destructeur. Au printemps, la production de bois répond à l exigence d une forte demande en eau. Le cambium produit alors des cellules plus grandes à paroi cellulaire plus mince et à lumen large, puis, suivant l état d avancement de la saison, les dimensions des nouvelles cellules diminuent, les parois deviennent plus épaisses et le lumen plus étroit, et ce jusqu à l arrêt végétatif suivant. Au début de la saison de croissance, l arbre développe donc un bois initial, suivi du bois final jusqu à la limite du cerne. Cette modification de la composition cellulaire est visible à l œil nu, car le bois final, montrant une concentration plus élevée de parois cellulaires, paraît plus foncé à côté du bois initial. Les cernes annuels, alternance de bois initial et final, sont visibles sur les sections transversales mais aussi sur les sections longitudinales. Ces couches superposées dessinent alors un veinage en forme de parabole, d ogive ou de flamme sur dosse. Sur quartier, ces cernes de croissance apparaissent comme des lignes à peu près parallèles (voir aussi fig. 4). Les conifères et les feuillus organisent différemment la disposition des cellules à l intérieur du cerne annuel. Les conifères, comme le pin laricio, produisent un seul type de cellules, les trachéides, qui effectuent à la fois les tâches de transport de la sève brute et de support mécanique. On peut observer les cernes de croissance du bois initial grâce à la présence de trachéides à paroi mince et à lumen plus large, tandis que les trachéides du bois final présentent une paroi plus épaisse et un lumen très réduit. Plus évolués, les feuillus sont caractérisés par des cellules spécialisées accomplissant des tâches différentes : les vaisseaux et les fibres. Les vaisseaux sont constitués de cellules plus courtes, plus ouvertes et à paroi mince, qui, accolées bout à bout, permettent le transport de la sève brute. Les fibres sont des cellules plus longues, fermées et à paroi épaisse. Elles assurent le soutien mécanique de l arbre. Parmi les feuillus, des essences comme le chêne présentent de gros vaisseaux à très large lumen dans le bois initial et de petits vaisseaux plus ou moins nombreux parmi une grande quantité de fibres dans le bois final. Ce sont les feuillus à zone poreuse. De nombreuses autres essences présentent des vaisseaux plutôt petits et de taille constante, mais qui sont plus fréquents dans le bois initial et plus rares dans le bois final. Ce sont les bois à pores diffus comme le hêtre. Les bois des tropiques ne montrent pas de cernes annuels de croissance. En effet, la survie des plantes n est pas soumise à un arrêt végétatif dû au froid. Non conditionnés par les saisons, les cycles végétatifs de ces plantes sont liés à la floraison, la fructification, la feuillaison, la sécheresse ou aux moussons. Le bois de tous les arbres a, sans exception, des cellules spécialisées pour stocker des substances de réserve afin de réagir en fonction des besoins physiologiques. Ce sont les cellules du parenchyme disposées soit dans une direction radiale par rapport aux accroissements, les rayons ligneux, soit dans une direction parallèle à l axe de la tige, le parenchyme axial. Typiquement, les cellules du parenchyme sont beaucoup plus abondantes dans le bois des feuillus, en particulier dans ceux des tropiques, que dans le bois des conifères. Les rayons ligneux Les rayons sont chargés d aller puiser la sève élaborée dans le phloème pour la distribuer et la stocker dans les parenchymes Fig 8 Rayon ligneux du chêne, Quercus sp., vu sur les trois plans. interconnectés des rayons et des cellules axiales de l aubier. À la demande et en fonction des besoins de l organisme végétal, les substances de réserve sont déversées dans le flux de sève brute pour une nouvelle redistribution. Les cellules dans l axe de l arbre et les cellules transversales des rayons structurent, de manière croisée, le xylème secondaire. La disposition orthogonale de ces tissus assure un soutien performant. Dans certaines espèces, comme le chêne, les rayons sont très larges et visibles à l œil nu ; par contre, dans la grande majorité des essences, ces rayons sont présents sans être visibles à l œil nu. Vus en plan transversal, ils sont soit unisériés, formés par une file d une seule cellule, soit plurisériés, montrant alors des cellules côte à côte. Pour bien visualiser les rayons, il faut les observer sur les trois plans. L échantillon de
5 36 racines connaître, reconnaître et nommer le bois 37 chêne (fig. 8) en est un très bon exemple : un large rayon d environ 1 millimètre de largeur dessine une ligne brillante sur la coupe transversale du cœur vers l écorce. En coupe tangentielle, le même rayon forme un trait sombre et épais de quelques millimètres à quelques centimètres de hauteur. Enfin, en coupe radiale, dans les cas, par exemple, où le bois a été fendu pour en conserver le fil, il prend la forme d une lame d aspect soyeux. Par contre, sur une coupe radiale rabotée, le rayon a la forme de rubans d aspect soyeux aux contours vagues mais très esthétiques, ce que les ébénistes appellent la maille, bien visible sur l échantillon de platane (fig. 9). Balade au cœur du bois L anatomie ou l étude de la structure interne du bois Les caractéristiques anatomiques des bois correspondent à la façon dont sont organisées les cellules qui les composent. Leurs parois sont constituées par des métabolites primaires : la cellulose, les hémicelluloses et les lignines. Elles forment un tissu observable Fig 9 Échantillon de platane, Platanus sp. : coupe sur quartier. Dans certains bois, comme le chêne, le hêtre ou le platane, les rayons ligneux sont suffisamment importants pour être visibles à l œil nu. Ils prennent différents aspects en fonction de la coupe. Celle sur quartier tranche les épais rayons et dévoile des rubans d aspect soyeux et parfois de forme insolite. à l œil nu. Les cellules de ce tissu sont, par contre, souvent trop petites pour être visibles sans loupe. Après avoir observé à l œil nu et à la loupe les coupes de pin laricio et de chêne, des vues microscopiques nous permettront l examen approfondi du xylème de cinq plantes ligneuses caractéristiques selon trois plans : transversal, longitudinal tangentiel et longitudinal radial. Le bois des conifères : exemple du pin maritime, Pinus pinaster Comme celui de tous les conifères, le bois de pin maritime se caractérise par un seul type de cellule : les trachéides. Comme nous l avons écrit, elles ont pour fonctions l acheminement de la sève brute et le soutien mécanique de l arbre. Le parenchyme nécessaire au stockage des réserves est presque exclusivement présent dans les rayons. De rares cellules de parenchyme axial, d un aspect sombre, peuvent être observées dans le bois de la famille des Cupressacées, comme les cyprès. Les trachéides sont des cellules fermées, en forme de fuseau, dont la longueur varie de 1 à 5 millimètres, et de 20 à 40 microns pour les plus grands diamètres. La sève brute monte par un chemin en chicane à travers des ouvertures, appelées ponctuations aréolées, sur les parois des trachéides. Les rayons des conifères sont toujours unisériés et de petite section, d environ 10 à 15 microns. Le diamètre et l épaisseur des parois des trachéides changent entre le bois initial et le bois final. Dans le bois initial, le diamètre du lumen de la trachéide est relativement large, tandis que la paroi cellulaire est mince. Dans le bois final, formé à la fin de la saison de croissance, les trachéides sont constituées presque exclusivement par la paroi de la cellule et le Fig 10 Bois de pin maritime vu au microscope. lumen est de très petite dimension. Cette couche de bois est alors plus dense et de couleur plus foncée. Comme pour de nombreux conifères, le bois de pin maritime est caractérisé par la présence d un réseau de canaux résinifères disposés axialement entre les trachéides et à l intérieur des rayons. Ce sont des espaces intercellulaires créés par des cellules épithéliales productrices de résine. Ces cellules déversent la résine à l intérieur des canaux ainsi formés. La résine est élaborée par les conifères pour se protéger contre les agressions et les prédations. Le bois des feuillus Nous avons vu que, dans les feuillus, les cellules se spécialisent pour effectuer les trois fonctions du bois. Le transport de la sève brute se fait par des cellules ouvertes à paroi mince et à lumen très large : les vaisseaux. En bois de bout, ils apparaissent comme des pores. Ces cellules, courtes par rapport aux trachéides, sont reliées directement l une sur l autre pour former de véritables tubes parallèles à l axe du tronc. Sur les parois des vaisseaux, des ponctuations aréolées permettent, latéralement, le passage des fluides d une cellule à l autre. Le support mécanique est réalisé par les fibres, des cellules de petit diamètre mais plus longues (environ 1 millimètre), avec une paroi plus ou moins épaisse en fonction de l essence. Comme pour les trachéides, ce sont des cellules fermées et pratiquement exemptes de ponctuations sur leurs parois. Beaucoup plus abondantes que dans le bois des conifères, les cellules du parenchyme ont des rayons ligneux souvent plus hauts et plus larges, et le parenchyme axial est plus présent. Le type et la répartition des cellules du parenchyme prennent une grande importance dans l identification des espèces de feuillus, en particulier pour les bois tropicaux. Le bois des feuillus à pores diffus : exemple du hêtre, Fagus sylvatica Dans le bois de hêtre, le diamètre et la répartition des vaisseaux varient très peu entre le bois initial et le bois final. On remarque cependant, dans la dernière partie du cerne, une zone plus foncée s expliquant par la diminution du diamètre des vaisseaux et par une concentration plus élevée des fibres. Les fibres du hêtre ont un lumen peu visible et les parois cellulaires sont assez épaisses. Il s agit donc d un bois lourd. Visibles à l œil nu sur les trois sections, de larges et grands rayons ligneux de dimensions constantes constituent une autre caractéristique de ce bois. Les rayons forment une maille évidente Fig 11 Bois de hêtre vu au microscope. sur le plan radial et ils apparaissent comme des lenticelles de couleur foncée en coupe tangentielle. Le bois des feuillus à zone poreuse : exemple de l orme, Ulmus sp. Dans le cerne de croissance du bois des différentes espèces d orme, on observe à l œil nu une première couche avec des pores de grand diamètre, puis une zone où ils sont soudainement beaucoup plus petits. La sève brute emprunte la couche la plus récente, toujours vers l extérieur. La différence très sensible de taille des vaisseaux entre le bois initial et le bois final est typique du bois des feuillus à zone poreuse comme le frêne, le châtaignier, le robinier ou le chêne À l œil nu, les cernes annuels sont ainsi toujours plus visibles dans les bois à zone poreuse que dans les bois à pores diffus. Les espèces à zone poreuse se distinguent selon les différences observables au niveau de la répartition des vaisseaux du bois final
6 38 racines connaître, reconnaître et nommer le bois 39 Fig 12 Bois d orme vu au microscope. et selon la constitution des rayons ou du parenchyme axial. Le bois d orme présente, par exemple, des rayons ligneux non visibles à l œil nu. La distribution des petits vaisseaux du bois final est très caractéristique dans tous les bois d orme : entourés de parenchyme axial, ils sont répartis en bandes ondulées à peu près parallèles aux cernes. Le bois des feuillus des tropiques : exemple de l iroko, Milicia excelsa L observation à la loupe des bois des feuillus des tropiques est aisée du fait de leur croissance régulière. En bois de bout, cela donne une trame entremêlant des vaisseaux, des fibres, souvent du parenchyme axial bien visible et toujours des rayons. Le bois d iroko est issu d arbres qui poussent, sans interruption de croissance, dans les forêts de l Afrique équatoriale. Sur le plan transversal, il est difficile de distinguer des cernes de croissance : entouré de parenchyme blanchâtre, le diamètre des pores visibles demeure constant. La distribution du parenchyme axial autour des vaisseaux (paratrachéal), avec des prolongements en forme d aile (aliforme) et parfois relié (anastomosé) de manière tangentielle, caractérise cette essence en bois de bout. Les parois cellulaires du parenchyme sont minces et confèrent une couleur claire aux zones autour des vaisseaux, dont le diamètre est d environ 200 microns. En toile de fond, la concentration de fibres à paroi épaisse prend une couleur sombre. Les rayons ligneux, généralement 2 à 4 sériés, ne sont pas de taille suffisante pour être bien visibles à l œil nu. Fig 13 Bois d iroko vu au microscope. Fig 14 Bois de cocotier vu au microscope. Le tissu ligneux primaire des palmiers : exemple du cocotier, Cocos nucifera Les mondes de l enseignement et de l industrie du bois s interrogent toujours pour savoir si le bambou et le palmier, Monocotylédones vivaces, produisent du bois. Il s agit en fait d une matière ligneuse produite par un méristème primaire adoptant l innovation des Angiospermes : la spécialisation des cellules pour le transport de la sève, le soutien mécanique et les réserves. Cette matière est constituée d une matrice de parenchyme axial autour des fibres en faisceaux englobant les tissus conducteurs de sève avec les vaisseaux du xylème primaire et les tubes criblés du phloème primaire. Dans le tissu ligneux primaire des palmiers, les nombreux faisceaux plus denses en périphérie sont dispersés sans organisation particulière sur toute la section de la tige. Cette structure dans l axe de la tige assure une bonne tenue en compression ; par contre, dépourvue de rayons, elle ne donne pas les qualités en flexion du bois des conifères et des feuillus. La couleur et l odeur des bois Les bois arborent toutes les couleurs de l arcen-ciel à l exception du bleu. L aubier de tous les arbres a une couleur blanchâtre, plus ou moins noisette, tandis que le bois de cœur peut donner à voir une couleur caractéristique, généralement stable à l intérieur de l espèce, en raison du dépôt, au cours de la duraminisation, de substances colorantes appelées métabolites secondaires. Ce processus donne un bois de cœur coloré dans de nombreuses espèces comme le mélèze, le chêne, le robinier ou le padouk (fig. 15). Généralement, les bois dont le duramen a une couleur plus sombre possèdent une durabilité naturelle, bien que leur aubier soit toujours altérable. Les résines, les huiles essentielles, les tannins et tous les différents métabolites secondaires donnent aussi au bois une odeur caractéristique. Les conifères exhalent des odeurs de résine parfois très prégnantes comme chez le cyprès, Cupressus sempervirens. Du bois des feuillus, il peut émaner des parfums embaumants ou malodorants. Riche en tannin, le bois de châtaignier a une forte odeur aigre. À l abattage, le bois de robinier a une odeur de haricots verts qui s estompe ensuite. Le bossé africain, Guarea cedrata, diffuse des notes olfactives subtiles évoquant ce que notre mémoire associe à une bonne odeur de bois, tandis que le bois de teck dégage une odeur persistante de vieux cuir. Fig 15 Échantillon de padouk d Afrique, Pterocarpus soyauxii.
7 40 racines connaître, reconnaître et nommer le bois 41 Le bois, mémoire de l arbre et du temps Le bois, mémoire de l arbre L observation attentive des surfaces du bois dévoile des anecdotes liées à la vie de l arbre. Toutes les étapes de croissance de l arbre sont inscrites de manière indélébile dans le bois : les années se succèdent au travers des cernes ; un nœud évoque la naissance d une branche et le fil du bois, dans l axe de l arbre debout, peut s être dévié pour de multiples raisons au cours de l existence d une plante ligneuse. Selon les plans observés, le bois réfléchit la lumière de façon changeante. Si les fibres apparaissent plutôt en bois de fil, l aspect du bois est brillant mais il sera mat si les fibres sont observées en bois de bout. Le bois est décrit comme rubané quand l arbre assemble des couches de fibres inclinées d un côté puis de l autre afin de mieux se maintenir droit, notamment dans les tropiques (fig. 16). Les bois ondés sont l œuvre inexpliquée d une assise génératrice qui fait apparaître un motif ondulant rappelant des vagues. Les ronces sont la conséquence des haubans de cellulose du bois de tension, comme on peut les trouver à la base du tronc ou au départ des branches charpentières. Enfin, Fig 16 Échantillon de bois rubané de sipo, Entandrophragma utile. Coupe sur quartier. Fig 17 Échantillon de peuplier, Populus sp. : broussin. certaines excroissances offrent de très jolies feuilles de placages décoratifs. Générées par un cambium exubérant, ces excroissances donnent la loupe, une prolifération locale de cellules enchevêtrées. Le broussin est dû à une débauche de bourgeons adventifs qui ont tenté d installer des rameaux en présence d une forte et subite luminosité, à la suite d une trouée dans la canopée ou à la lisière de la forêt (fig. 17). Le bois, mémoire du temps La croissance annuelle d une plante est affectée par la durée des saisons de croissance et par sa circonférence. Le temps atmosphérique conditionne aussi la croissance en fonction de la lumière, de l eau et de la température. Les cernes d accroissement enregistrent donc le temps dans ses deux sens : une succession de périodes et une succession de climats. En observant les cernes sur un échantillon de bois, on découvre des indices à la fois sur le déroulement du temps, le climat du moment et la relation au milieu. Les années où la luminosité et les précipitations sont abondantes, on constate des cernes plus larges. Ils seront plus étroits soit dans les périodes où l arbre bénéficie de moins de lumière en raison de la concurrence avec les plantes voisines ou d une météo maussade, soit en cas de sécheresse ou à la suite de la prédation par des parasites défoliants. La largeur des cernes, comme le rapport entre bois initial et bois final, ne peut donc pas être considérée comme une caractéristique fiable pour la détermination des espèces. C est en fait une caractéristique sous contrôle de l environnement et donc sujette à des variations de nature externe à l organisme vivant. Depuis Linné, au xviii e siècle, les botanistes classent les plantes selon leurs apparences, en particulier pour les fleurs, et ils établissent une classification par familles. Pour nommer les plantes, ils utilisent une terminologie binomiale latine et universelle, imprimée en italique, avec une majuscule pour le nom du genre et une minuscule pour le nom de l espèce. L érable sycomore, de la famille des Sapindacées, a, par exemple, pour nom scientifique Acer pseudoplatanus. Au xxi e siècle, une nouvelle classification des organismes vivants s organise autour de la phylogénétique. Les critères de cette classification se déterminent selon les gènes et les liens de parenté. Ils permettent de définir les caractères ancestraux et les caractères dérivés, ou innovations, des espèces. Pour les plantes ligneuses, le bois est la partie interne de l arbre la moins sujette à évolution du fait du caractère ancestral de ses fonctions. On peut donc affirmer que l histoire génétique de l arbre est enregistrée dans la structure de son xylème : une autre forme de mémoire du temps. Fig 18 Échantillon de mélèze, Larix decidua. Dans cette tranche de vie de plus de 150 ans, des épisodes sont remarquables : la période juvénile avec de larges cernes, qui deviennent plus ou moins larges pour l arbre adulte, des couches de bois final plus épaisses, des cernes très étroits en périphérie. Savoir identifier et nommer les bois Identifier, c est être en mesure de donner le nom correct à un échantillon de bois sans recourir à l herbier du botaniste montrant une fleur, un fruit ou une feuille appartenant à une espèce déterminée. Quel est le nom d un bois? Dans la plupart des cas, le bois est nommé d après l arbre qui l a produit. Les noms les plus couramment utilisés, en particulier dans le commerce, changent avec la langue utilisée. Ainsi à Picea abies (fig. 19) correspondent les noms communs suivants : épicéa en français mais aussi sapin blanc du Nord pour les bois de Scandinavie, Norway spruce en anglais, Fichte en allemand et abete rosso en italien. Souvent, à ces noms communs correspondent localement plusieurs noms liés à des dialectes ou à des langues régionales. Dans les pays tropicaux où se trouve une plus grande diversité d essences, le problème se complique avec les différentes dénominations locales d un même bois, qui varient selon la zone de distribution de cette essence. Pour donner le nom commercial du bois, deux systèmes normalisés sont utilisés aujourd hui. On recourt ainsi soit au nom pilote donné par l atibt (Association technique internationale des bois tropicaux), soit au nom conforme à la norme européenne en Nomenclature des bois utilisés en Europe. Pour chaque espèce, ou groupe d espèces, cette dernière donne le Fig 19 Échantillon d épicéa, Picea abies : coupe sur dosse. nom pilote dans les trois principales langues européennes. Ces noms pilotes proposés permettent de nommer correctement un bois afin de l identifier. La structure du bois nous offre une image de l anatomie de l arbre vivant avec ses particularités : une organisation propre à son espèce et très semblable à celle de son genre, ainsi que des caractères généraux spécifiques à sa famille. Les caractères généraux tissent une trame typique pour toutes les essences d un même genre. Avec une bonne loupe, l observation d une coupe nette en bois de bout peut permettre l identification de la famille d une essence et parfois de son genre. Les nombreux érables du genre Acer sont dotés de fleurs, de feuilles et d écorces très différenciées, mais ils présentent un bois très semblable, impossible à classer dans telle ou telle espèce. Les bois des différents Acer présentent de grandes similarités parce que l ancêtre du genre a été à l origine d une innovation qui s est maintenue au cours de l évolution, parce qu il n y a pas eu une nécessité biologique d amélioration.
8 42 racines Fig 20 Coupe transversale de châtaignier, Castanea sativa, à la loupe x 10. L identification d une pièce de bois commence par l observation des caractères les plus stables dans son aspect macroscopique, à l œil nu puis à l aide d une loupe à grossissement x 10 (fig. 20). L observation d une section transversale, coupée à l aide d une lame aiguisée ou poncée avec un grain très fin, est pertinente et donne une réponse fiable dans la plupart des cas. Si les informations collectées ne sont pas suffisantes, comme dans l exemple des érables donné plus haut, l utilisation d un microscope s impose. En effet, pour la reconnaissance des espèces, les caractéristiques les plus stables et donc les plus fiables sont génétiques, à savoir celles qui sont liées aux types et à la disposition des cellules. Les caractéristiques observées doivent être confrontées aux clés dichotomiques spécifiques d identification, établies dans les atlas d anatomie du bois et si possible comparées à des échantillons de référence réunis dans une xylothèque. Il est donc nécessaire de savoir reconnaître et décrire les différents types de cellules regroupées ou isolées dans les tissus du bois. Les clés d identification et les atlas d anatomie se réfèrent toujours à certaines zones géographiques compte tenu de la grande variété d essences de bois dans le monde (au moins ). À travers un processus de questions-réponses, ces instruments aident à progresser dans l identification. La première étape est toujours de savoir s il s agit d un bois de conifère ou d un bois de feuillu. La différence la plus importante est la présence des vaisseaux, qui sont visibles avec une loupe dans les bois de feuillus. En présence de conifères, nous distinguons les cernes bien visibles (zone de bois final) et éventuellement des canaux résinifères. Ensuite, les clés dichotomiques continuent séparément pour les conifères et les feuillus. Pour un bois de conifère, la première question qui se pose est : les canaux résinifères, visibles au moyen d une loupe, sont-ils présents et quelle est leur taille? Dans un lot de bois de sapin et d épicéa, souvent mélangés, l absence de canaux résinifères va ainsi révéler le sapin. Si des cellules de parenchyme axial sombres sont disséminées entre les trachéides, cette essence sera classée dans la famille des Cupressacées La disposition des ponctuations et leur aspect peuvent être aussi déterminants, mais leur observation nécessite l emploi d un microscope. Pour un bois de feuillu, la taille, le nombre et la disposition des vaisseaux sont des indices importants. La présence du parenchyme axial ainsi que sa répartition, souvent bien visible dans le bois des tropiques, sont révélatrices. La configuration des rayons sur les trois plans donne un indice. Bien que moins fiables, la densité et la couleur des fibres sont aussi des critères qu il faut prendre en compte. La démarche d identification des bois de la macroscopie à la microscopie demande beaucoup d attention et d expérience. Pour reconnaître, il faut d abord connaître. Apprendre à connaître, à reconnaître et à nommer un bois constitue une démarche essentielle pour comprendre le matériau et ses potentiels de mise en œuvre. Cette attitude, qui consiste à mieux connaître pour mieux faire, ouvre la voie à une démarche innovante dans le respect de la ressource. Remerciements Paola Cavallero pour avoir permis la communication entre Nicola et Paul. Simona Lazzeri et Lorena Sozzi, techniciennes au cnr ivalsa, pour les images au microscope. Jean-Michel Flandin, menuisier, pour ses coupes très figuratives. André Loiseau, ébéniste, pour les échantillons. Dr Nima Saedlou, de Xylotree, et Gwenaël Lemoine, d Arc Antique, pour la relecture. Le Groupe École supérieure du bois. À notre époque de révision profonde des concepts de ressources énergétiques et de matières premières, la biomasse fait l objet de toutes les attentions. La biomasse lignocellulosique, celle qui est constituée par les plantes, a essentiellement trois usages traditionnels : la nourriture des hommes et des autres animaux, les matériaux et l énergie. Depuis un siècle, l énergie et la chimie mondiales reposent essentiellement sur le pétrole. Mais, depuis 2005, la production mondiale de pétrole brut n augmente pratiquement plus. Il est donc indispensable d anticiper le pic mondial de production de pétrole et son déclin relatif, et de se tourner vers d autres sources d énergie et de produits et matériaux, en particulier vers la biomasse lignocellulosique. En France, la surface cultivée est d environ 29 millions d hectares (soit 50 % du territoire), pour l essentiel dédiés à une production alimentaire. Le potentiel non alimentaire serait au mieux de 7 millions d hectares, soit environ 14 millions de tonnes équivalent pétrole (1 tep est l énergie contenue en moyenne dans 1 tonne de pétrole). La forêt française couvre 30 % du territoire et son accroissement biologique est de 85 millions de mètres cubes par an. Les prélèvements pour l industrie et le bois de feu laissent un surplus potentiel équivalent à 11 millions de tep (Mtep). Les Français La chimie du bois Béatrice George et Dominique Perrin Maîtres de conférences, lermab Laboratoire d études et de recherches sur le matériau bois, université de Lorraine consomment 79 Mtep de pétrole (10 Mtep de charbon et 38 Mtep de gaz). Il est donc clair que la biomasse ne peut pas remplacer le pétrole pour tous ses usages. Par contre, la pétrochimie n utilise qu environ 17 % du pétrole, soit, en France, 13 Mtep : on voit que la biomasse dont, en particulier, le bois peut remplacer le pétrole dans ce domaine. On verra plus loin que cette (r)évolution est en marche ; mais, tout d abord, voyons de quoi est fait le bois. Composition du bois Le bois doit être considéré comme un biomatériau qui est un composite à trois dimensions constitué essentiellement par un réseau interconnecté de cellulose, d hémicelluloses et de lignines. Il contient également, en moindre quantité, des composés appelés extractibles et quelques éléments minéraux. La composition du bois ne peut pas être donnée avec précision car elle dépend évidemment de l essence et, pour une essence, de la position dans l arbre (racines, bois de cœur, aubier, écorce ) et même de l individu. L analyse chimique globale permet de distinguer les résineux et les feuillus, mais elle ne permet pas de caractériser une essence ; il faut pour cela faire des analyses plus poussées, en particulier des extractibles, qui sont souvent spécifiques d une essence, c est ce qu on appelle la chimiotaxonomie. Le composé principal du bois vivant est l eau, mais la composition élémentaire du bois sec est d environ 50 % de carbone, 44 % d oxygène, 6 % d hydrogène, avec moins de 1 % d azote et des traces d éléments minéraux, ce qui correspond à une formule chimique ch 1,44 o 0,66. Cellulose et autres glucides Les parois cellulaires du bois sont composées de polymères à base de sucres, pour 65 à 75 %, et de lignines, polymères à base de phénylpropane, pour 18 à 35 %. La portion glucidique des constituants du bois contient essentiellement la cellulose et les hémicelluloses, avec de petites quantités de pectines et d amidon. La cellulose est le composé organique le plus abondant sur Terre. Son histoire est ancienne. On utilise le coton (constitué à 90 % de cellulose) depuis au moins av. J.-C. Les Égyptiens utilisaient le papyrus pour la première production de papier. Les premiers papiers produits en Chine étaient à base de fibres de coton, alors qu aujourd hui la plupart des pâtes à papier sont à base de bois. C est le chimiste et industriel français méconnu Anselme Payen qui, en 1835, isole à partir du bois un isomère de l amidon et
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