1.4.2 Le rayon ligneux : un élément de
renfort radial
Aux deux tissus différenciés que sont le bois
initial et le bois final, il convient d'adjoindre un
troisième tissu constitué des rayons ligneux,
qui, bien que moins important en terme de poids relatif dans le cerne,
intervient de manière essentielle dans le comportement
mécanique macroscopique du matériau.
De récents travaux expérimentaux sur Picea
abies (Farruggia et al, 2000 : isolement des rayons ligneux dans
un échantillon de bois initial, Bergander, 2001) ont en effet
confirmé le rôle mécanique des rayons ligneux à
l'échelle de la couche d'accroissement comme à
l'échelle du bois massif.
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Inventaire des facteurs essentiels de la variabilité intra
arbre des propriétés mécaniques des tissus ligneux
1.4.2.1 Mise en évidence du rôle mécanique
des rayons ligneux
En associant des essais de traction sur des
éprouvettes de petites dimensions, à une
extensomètrie optique, Schniewind (1959) a pu étudier l'influence
de paramètres macroscopiques et microscopiques sur l'anisotropie
élastique. Ses travaux l'ont amené à proposer une
liste d'équations (inspirés de celles de Ylinen et
al, 1967, et des travaux de Barkas, 1941), prédictives de
l'anisotropie élastique macroscopique. Le formalisme introduit
lui a notamment permis d'obtenir les caractéristiques
élastiques du bois massif sans défaut en prenant comme
variables, l'humidité, la texture et la proportion en rayons
ligneux dans le cerne.
Schniewind (1959) est ainsi un des premiers auteurs à
considérer que les rayons ligneux sont responsables de la
rigidité radiale macroscopique. Selon lui, le module
d'élasticité du cerne de croissance, exprimé dans cette
même direction, peut être considéré comme une
fonction linéaire de la proportion de rayons ligneux.
S'inspirant de l'hypothèse du rôle des rayons
ligneux sur l'anisotropie de retrait proposée par Barkas (1941) et
appuyée par Schniewind (1959), des recherches sur leur
rôle dans l'anisotropie élastique ont également
étés menées par Guitard et al (1987). Ces auteurs
ont repris les modèles antérieurs (Ylinen, 1954, Schniewind,
1959) en y ajoutant la contribution des rayons ligneux placés en
quadrature par rapport à la disposition des tissus bois initial et
final.
Pour Guitard et al (1987), la fraction
volumique (n) en rayons ligneux est utilisée comme indicateur du
degré d'anisotropie macroscopique car reliée aux modules
d'élasticités du bois massif (ER, ET, EL) par la relation (1.1)
donnée par Barkas (1941) :
(1.1)
n = E R E T
(E R
E T ) + (E L
E T )
Cette même prise en compte de la fraction volumique en
rayons ligneux a permis à Guitard et
al (1987) d'améliorer une relation statistique
entre les modules d'Young macroscopiques et la masse volumique (ñ) tant
en ce qui concerne les résineux que les feuillus.
Deux modèles prévisionnels (résineux,
feuillus) ont ainsi étés établis en se basant sur
l'hypothèse selon laquelle une fraction volumique en rayons
ligneux importante induit un renfort radial au détriment de la
rigidité longitudinale.
Chez les résineux, les modules
d'élasticité du bois propre dans les directions radiale (ER) et
longitudinale (EL), exprimés en MPa sont ainsi liés
à la fraction volumique (n) en rayons ligneux et à la
masse volumique ñ (en g/cm3) par les relations
statistiques (Guitard et al,
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1987) :
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(1.2)
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EL = -663 +37200 ñ -282n
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avec R = 0,939
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(1.3)
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ER = -875 + 3250 ñ + 39,6n
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avec R= 0,932
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Inventaire des facteurs essentiels de la variabilité intra
arbre des propriétés mécaniques des tissus ligneux
Insertion du renfort radial des rayons ligneux dans le
bicouche bois initial / bois final
Pour rendre compte, à l'échelle du cerne
d'accroissement, du rôle mécanique de ces cellules essentielles,
la démarche d'homogénéisation usuelle, consiste à
les inclure sous la forme d'un renfort radial dans le bicouche bois
initial / bois final. Pour ce faire, les rayons ligneux
simplifiés sont assimilés à un tissu dont
les propriétés mécano physiques (modules
d'élasticité, densité) sont localement
homogènes et aux caractéristiques anatomiques
parfaitement identifiées.
Ce type d'hypothèse, naturellement indispensable
à la détermination du solide homogène
mécaniquement équivalent, fait, ipso facto, abstraction d'une
partie de la nature réelle de la structure des rayons ligneux
(section non régulière, distribution aléatoire dans
le cerne, existence de gradient de propriétés
mécaniques internes, Bodig et al, 1982, gradient
intra
(faible) et inter cerne de densité des rayons
rapportée sur le Chêne, Guilley, 2000).
La variabilité des caractéristiques anatomiques
des rayons ligneux est d'ailleurs telle qu'elle a donnée lieu à
la création d'une échelle de classification (Venet et
al, 1986) s'appuyant principalement sur leurs dimensions (longueur,
diamètre).
Pour les mécaniciens, les rayons (disposés
essentiellement dans la direction radiale) donc sont assimilés à
des cellules homogènes dont les microfibrilles sont fortement
inclinées par rapport
à leur axe longitudinal propre (40 degrés, Barkas,
1941 ; 30 degrés, Barrett, 1973 ; Koponen
et al, 1991). On leur attribue en outre des
épaisseurs de paroi faibles (Barrett, 1973; Venet et
al, 1986).
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