WOW !! MUCH LOVE ! SO WORLD PEACE !
Fond bitcoin pour l'amélioration du site: 1memzGeKS7CB3ECNkzSn2qHwxU6NZoJ8o
  Dogecoin (tips/pourboires): DCLoo9Dd4qECqpMLurdgGnaoqbftj16Nvp


Home | Publier un mémoire | Une page au hasard

 > 

Inventaire et hiérarchisation de paramétres structuraux et ultrastructuraux de la variabilité intra spécifique de certaines propriétés mécano physiques des tissus ligneux

( Télécharger le fichier original )
par Christophe Gachet
Université Bordeaux 1 Sciences et Technologies - Doctorat Thèse PhD 2003
  

sommaire suivant

Bitcoin is a swarm of cyber hornets serving the goddess of wisdom, feeding on the fire of truth, exponentially growing ever smarter, faster, and stronger behind a wall of encrypted energy

N° d'ordre : 2776

THÈSE

présentée à

L'UNIVERSITÉ BORDEAUX I

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L'INGÉNIEUR

par

Christophe GACHET

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPÉCIALITÉ : SCIENCES DU BOIS

INVENTAIRE ET HIÉRARCHISATION DE PARAMÈTRES STRUCTURAUX ET ULTRASTRUCTURAUX FACTEURS DE VARIABILITÉ INTRA SPÉCIFIQUE

DE CERTAINES PROPRIÉTÉS MÉCANO PHYSIQUES DES TISSUS LIGNEUX

Soutenue le 16 décembre 2003

Après avis de :

MM. B. CHARRIER, Maître de Conférences, HDR- IUT de PAU et des Pays de l'Adour Rapporteurs

J. GRIL, Directeur de Recherche CNRS-LMGC, Montpellier

Devant la commission d'examen formée de :

MM. B. DE JESO, Professeur-LCSV, Institut du Pin, Univ. Bordeaux 1 Président

J.R. PUIGGALI, Professeur-LEPT-ENSAM, Univ. Bordeaux 1 Rapporteur

B. CHARRIER, Maître de Conférences, HDR-IUT de PAU et des Pays de l'Adour

J. GRIL, Directeur de Recherche CNRS-LMGC, Montpellier Examinateurs

D. GUITARD, Professeur-LEPT-ENSAM, Univ. Bordeaux 1

A. ZOULALIAN, Professeur-LERMAB, Univ. Nancy 1

- 2003 -

Ce travail a été réalisé au Laboratoire Energétique et Phénomènes de Transferts, unité mixte

de recherche associée au CNRS, à l'Université de Bordeaux 1 et à l'Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers; il a été soutenu par un financement du Ministère de l'Education Nationale de la Recherche et des Technologies.

Je souhaite tout d'abord remercier sincèrement Monsieur le Professeur Bernard De

Jeso pour avoir accepté de présider mon jury de thèse.

C'est un grand honneur que m'ont fait Messieurs Bertrand Charrier, Maître de

Conférences, Joseph Gril, Directeur de Recherche au CNRS et André Zoulalian, Professeur, en s'intéressant à mes travaux de recherche et en acceptant de les rapporter.

Tout au long de ce travail, les conseils avisés de Monsieur Joseph Gril, Directeur de Recherche au CNRS, m'ont permis d'appréhender toute la complexité du comportement rhéologique du matériau bois.

Je voudrais tout particulièrement remercier Monsieur Jean Rodolphe Puiggali, Professeur et Directeur du LEPT - ENSAM pour ses remarques, ses conseils avisés comme pour son soutien indéfectible.

Monsieur Daniel Guitard, Professeur et Directeur de Thèse a eu la lourde tache d'initier (ou de re-initier) aux rudiments de la Mécanique des Solides et de la Résistance des Matériaux, un physico chimiste de formation. Qu'il en soit ici sincèrement remercié ; la mission n'ayant pas toujours été facile. Durant ces trois années j'ai pu également bénéficier

de son expérience à l'origine de nombreuses discussions particulièrement enrichissantes.

L'équipe du CIRAD Forêt de Montpellier a mis a ma disposition de nombreux moyens expérimentaux et a su me consacrer une partie de son temps, ô combien précieux ; je tiens donc ici à remercier Anne et Bernard Thibaut ainsi que Gilles Calcheras. Votre aide a été plus qu'appréciable.

Monsieur Philippe Rozenberg, Chargé de Recherches INRA (station d'Olivet), a su m'orienter et me guider dans le domaine bien spécifique des études microdensitométriques.

Enfin, je désire remercier les miens, Béa, mes Parents et Valérie pour leur réconfort permanent.

TABLE DES MATIERES

Introduction ................................................................................................................................................. 3

1 Inventaire des facteurs essentiels de la variabilité intra arbre des propriétés

mécaniques des tissus ligneux ....................................................................................................... 5

1.1 La cellule ligneuse ........................................................................................................................ 5

1.1.1 Description cytologique sommaire de la cellule ligneuse dite de « bois normal »............ 5

1.2 Des macromolécules au comportement mécanique de la paroi cellulaire .................................... 6

1.2.1 Les polymères fondamentaux de la paroi cellulaire .......................................................... 6

1.2.2 Les microfibrilles de cellulose : des éléments essentiels de renfort pariétal ..................... 7

1.2.3 La matrice ligno-cellulosique .......................................................................................... 12

1.2.4 L'angle des microfibrilles dans la sous couche S2 : un paramètre micromécanique primordial ........................................................................................................................ 14

1.2.5 Prise en compte du caractère multicouche de la paroi cellulaire ..................................... 17

1.2.6 Description du comportement mécanique de sous couche .............................................. 18

1.2.7 La double cloison, un passage obligé vers le tissu ligneux ............................................. 18

1.3 L'anisotropie élastique à l'échelle du tissu ligneux .................................................................... 22

1.3.1 La morphologie cellulaire................................................................................................ 23

1.4 Facteurs explicatifs de l'anisotropie élastique à l'échelle du cerne de croissance ...................... 26

1.4.1 Le cerne assimilé à un bicouche ...................................................................................... 26

1.4.2 Le rayon ligneux : un élément de renfort radial .............................................................. 27

1.5 Conclusion .................................................................................................................................. 29

2 Modèles multi échelles et construction du Résineux Standard Virtuel (RSV) ................ 30

2.1 Modèles multi échelles retenus pour décrire l'anisotropie élastique du bois de résineux .......... 30

2.1.1 Le concept de modélisation multi échelles...................................................................... 30

2.1.2 Modèles à parois cellulaires multicouche (Multicouche) ................................................ 30

2.1.3 Modèle à squelette de microfibrilles (Squelette) ............................................................. 40

2.1.4 Nombre total de paramètres structuraux retenus ............................................................. 41

2.2 Construction du Résineux Standard Virtuel................................................................................ 45

2.2.1 Validation des modèles prévisionnels de l'anisotropie élastique .................................... 45

2.2.2 Résultats et discussions ................................................................................................... 46

2.2.3 Situation des paramétres du modèle RSV vis-à-vis de ceux de trois essences résineuses ..

......................................................................................................................................... 54

2.3 Conclusion .................................................................................................................................. 59

3 Hiérarchisation des paramètres descriptifs de l'anisotropie élastique du bois normal 63

3.1 La porosité, facteur de l'anisotropie élastique du réseau cellulaire nid d'abeille ....................... 63

3.1.1 Comparaison au modèle de Gibson et al et influence de l'élément de paroi fléchie .......... 66

3.1.2 Conclusion....................................................................................................................... 69

3.2 Hétérogénéité tissulaire et anisotropie élastique du bois normal ................................................ 69

3.2.1 Différence de morphologique cellulaire entre le bois initial et le bois final ................... 70

3.2.2 Distinction densitométrique entre le bois initial et le bois final ...................................... 72

3.2.3 La texture, facteur d'anisotropie élastique dans le plan transverse .................................. 73

3.3 Rôle des rayons ligneux dans l'anisotropie élastique du cerne ................................................... 82

3.4 Influence des paramètres ultrastructuraux sur l'anisotropie élastique tissulaire ......................... 83

3.4.1 Sensibilité de l'anisotropie tissulaire L/T à l'angle des microfibrilles ............................ 83

3.4.2 Incidence du module d'élasticité des microfibrilles ........................................................ 86

3.4.3 Influence du module élastique de la matrice ................................................................... 86

3.4.4 Anisotropie tissulaire L/T d'un bois normal imputable à l'AMF dans S2 ....................... 89

1

3.4.5 Conclusion....................................................................................................................... 91

3.5 Différences et complémentarités entre les modélisations Multicouches et Squelette ................. 91

3.5.1 Paramètres d'entrées des modélisations confrontées....................................................... 91

3.6 Valeurs de modules élastiques de double paroi présentés dans la littérature .............................. 92

3.6.1 Choix des valeurs cibles .................................................................................................. 93

3.7 Propriétés élastiques prévues par les différentes modélisations.................................................. 93

3.7.1 Le bicouche M1 ............................................................................................................... 94

3.7.2 Le multicouche M2 ......................................................................................................... 95

3.7.3 Modules élastiques de double paroi virtuelle obtenus via le modèle M3 ........................ 96

3.7.4 Degrés d'anisotropie pariétale ......................................................................................... 98

3.8 Comportement en flexion torsion du stratifié pariétal ................................................................ 98

3.8.1 Influence d'une modification de l'épaisseur de S1 .......................................................... 99

3.8.2 Influence de l'angle des microfibrilles ............................................................................ 99

3.9 Conclusion ................................................................................................................................ 100

4 Vers une description de l'anisotropie élastique du bois de réaction................................ 101

4.1 Existence de plusieurs bois de compression ............................................................................. 101

4.1.1 Description sommaire des caractères anatomiques généraux du bois de compression . 101

4.2 Etude expérimentale.................................................................................................................. 103

4.2.1 Mise en oeuvre de l'étude .............................................................................................. 103

4.2.2 Synthèses des différents résultats .................................................................................. 111

4.2.3 Influence de modifications anatomiques sur les caractéristiques élastiques prédites.... 124

4.2.4 Conclusion..................................................................................................................... 129

5 Conclusion et perspectives......................................................................................................... 130

2

Introduction

Depuis longtemps (tels Carrington en 1922, Kollmann et al en 1941 et 1960 rapportés dans Kollmann et Coté, 1984), ou plus récemment (Bodig, 1984, Guitard et al, 1987), de nombreux auteurs, se sont préoccupés d'analyser et même de modéliser l'influence de paramètres physiques tels que la masse volumique, le taux d'humidité, ou encore la température sur les propriétés élastiques du matériau bois.

Des modèles prévisionnels des caractéristiques élastiques anisotropes (Guitard et al, 1987), s'appuyant sur des indicateurs tels que la nature feuillue ou résineuse de l'essence considérée, la masse volumique, le taux d'humidité et la température ont ainsi démontré leur pertinence quand

à l'évaluation, à priori, des constantes élastiques anisotropes ou des coefficients de retraits hydriques (Presioza et al, 1986).

Plus de quatre vingt pour cent de la variabilité inter spécifique, et même intra spécifique, de ces propriétés technologiques du bois normal sont ainsi largement expliqués par ces seuls indicateurs.

Les modèles précités, très certainement efficaces pour élucider la variabilité inter spécifique des modules élastiques et des retraits pour le bois « normal », sont pourtant mis en défaut pour décrire la variabilité intra arbre de ces mêmes caractéristiques mécano physiques. Tout au long

de sa croissance, outre le bois dit « normal », l'arbre élabore en effet une grande variété de tissus ligneux (bois juvénile, bois adulte, bois initial, bois final, bois de réaction, bois duraminisé), ceci en réponse à des impératifs de développement de la plante, notamment en réaction à des stimuli extérieurs variés (gravitropiques, héliotropiques, climatiques, attaques fongiques ou d'insectes).

Cette diversité tissulaire, s'exprimant tant au niveau de la macrostructure (moelle excentrée, largeur de cernes, texture, duramen) que de la structure cellulaire (formes et diamètres des cellules, épaisseurs de paroi, présence d'une sous couche gélatineuse) voire de l'ultra structure

(nature des bio polymères, angle des microfibrilles, taux de cristallinité de la cellulose) peut donc être considérée à l'origine du caractère hétérogène et fortement variable du matériau.

La plupart des propriétés mécano physiques observées à l'échelle du bois massif (échelle macroscopique) résulte donc d'une imbrication à priori étroite de plusieurs niveaux d'hétérogénéité : échelle supramoléculaire (microfibrilles de cellulose, polymères amorphes), échelle pariétale (orientation des microfibrilles dans les sous-couches), échelle de la cellule

(morphologie cellulaire), échelle du tissu ligneux (différenciation en bois initial / final) et échelle du cerne d'accroissement (présence de rayons ligneux).

De façon quasi systématique, la sensibilité de l'anisotropie élastique transverse macroscopique

(caractérisée par le rapport des modules d'élasticité radial et tangentiel) a, de fait, souvent (et

« naturellement ») été analysée par l'anisotropie de la paroi cellulaire, par la géométrie cellulaire, par l'agencement cellulaire (en quinconce, aligné,...) ou encore par la présence de rayons ligneux.

L'objectif de ce travail, limité au seul cas des résineux, est donc, à travers une étude transversale pluridisciplinaire (cytologie, anatomie, mécanique des composites), d'énumérer et de

3

hiérarchiser, les paramètres les plus pertinents susceptibles de conditionner l'anisotropie élastique du bois normal aux différentes échelles d'observations.

In fine, il s'agit, par un cheminement plus déterministe que statistique, d'établir un jeu de paramètres strictement utiles, capables, de par les intervalles de variations qu'une étude documentaire leur assigne, de rendre compte de la variabilité intra arbre des propriétés mécano physiques du bois normal des résineux.

Cette démarche s'appuie en particulier sur l'exploitation de modèles explicatifs proposés par différents auteurs et sur leur confrontation éventuelle à des jeux de données expérimentales.

4

Inventaire des facteurs essentiels de la variabilité intra arbre des propriétés mécaniques des tissus ligneux

sommaire suivant






La Quadrature du Net