Conception et exploitation d'un dispositif expérimental innovant pour la caractérisation du comportement viscoélastique et de la dégradation thermique du bois dans des conditions sévères

Design and development of an innovative experimental device for the characterisation of the viscoelastic behaviour and the thermal degradation of wood in severe conditions

• Auteur / Autrice : Vincent Placet
• Direction : Patrick Perré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries du Bois (Epinal)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pyrolyse

Humidité du bois

Analyse mécanique dynamique

Viscoélasticité

Propriétés thermiques

Propriétés mécaniques

Bois

Résumé

D'origine biologique, le bois présente des propriétés fortement variables rendant sa caractérisation parfois complexe. Une meilleure connaissance du comportement rhéologique du bois est nécessaire au développement ainsi qu'à l'amélioration des processus de transformation de matériaux à base de bois utilisant ces propriétés. Ainsi, l'objectif majeur de cette thèse est de caractériser le comportement différé du bois vert dans des conditions thermiques et hydriques contrôlées. Un dispositif expérimental parfaitement adapté aux spécificités du bois, et en particulier à son anisotropie et son hygroscopie, a été développé. Cet appareil, appelé WAVET (Environmental Vibration Analyser for Wood) assure la détermination des propriétés viscoélastiques du bois par des essais harmoniques en flexion simple encastrement pour des fréquences comprises entre 5. 10-3 Hz et 10 Hz. Dimensionné pour fonctionner jusqu'à des pressions de l'ordre de 5 bars, il permet d'effectuer des essais en milieu anhydre ou saturé pour des températures variant de 0°C à 140°C. Les résultats expérimentaux collectés sur diverses essences tempérées permettent de mettre en évidence l'influence de nombreux paramètres sur les propriétés rhéologiques, à savoir l'essence, la direction matérielle ou encore le type de bois (normal/réaction). L'étude de la dégradation thermique du bois saturé en eau dévoile des modifications biochimiques importantes au sein de ce biopolymère. Il apparaît clairement que les propriétés de rigidité et d'amortissement du bois traité thermiquement en milieu aqueux évoluent en fonction de la sévérité du traitement et de la structure native des macromolécules constitutives.

Because of its biological origin, the wood properties are highly variable and therefore its characterisation is sometimes complex. An improved knowledge of the rheological properties and more particularly of the viscoelastic properties is needed for the development and the optimisation of wood processing and manufacturing based on wooden materials. The main purpose of this work is to characterise the time-dependent behaviour of green wood in water content and temperature-controlled conditions. An experimental device, perfectly adapted to the wood specificity and particularly to its anisotropy and hygroscopicity, was developed. This apparatus, the WAVET (Environmental Vibration Analyser for Wood), permits the determination of the viscoelastic properties of wood using harmonic tests in single cantilever bending for frequencies varying between 5. 10-3 Hz and 10 Hz. Conceived to work up to about 5 bars, it allows tests in dry or water-saturated conditions to be performed over a temperature range from 0°C to 140°C. The results collected for several temperate species using the WAVET emphasise the influence of numerous parameters on the rheological properties and notably on the softening temperature, namely specie, material direction, wood type (normal/reaction) and anatomical and macromolecular structure. The study of the thermal degradation of green wood reveals noticeable modifications in the biochemical composition of this biopolymer. The elastic and damping properties of thermally-treated wood in water-saturated conditions change a lot according to the severity of the treatment and the native structure of the constitutive macromolecules.