Caractérisation et procédés de séchage de bois tropicaux pour la facture d'instruments à vent

Characterization and process of tropical wood drying for the manufacture of wind instrument

• Auteur / Autrice : Ahmad Alkadri
• Direction : Joseph Gril
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Génie Civil
• Date : Soutenance le 10/09/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil
• Jury : Président / Présidente : Vincent Gibiat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joseph Gril, Vincent Gibiat, Frédéric Dubois, François Gautier, Delphine Jullien, Olivier Arnould, Louise Hovasse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Dubois, François Gautier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bois -- Séchage

Passiflora ligularis

Matériaux -- Fissuration

Mots clés libres

Stabilité dimensionnelle

Séchage

Caractérisation physique et mécanique

Fissuration

Grenadille

Fissure

Physical and mechanical characterizations

African blackwood

Dimensional stability

Drying

Résumé

Cette thèse, fruit d'une collaboration entre la société Henri Selmer Paris et le Laboratoire de Mécanique et Génie Civil, Université de Montpellier--CNRS UMR 5508, a pour objectif principal de concevoir et proposer un nouveau protocole de séchage du bois de la grenadille, ou textit{Dalbergia melanoxylon}, utilisé pour la facture de clarinettes. Le document commence par un état de l'art sur les modèles utilisés pour décrire le phénomène de séchage du bois, en particulier la sorption et la diffusion de l'eau dans le bois. Pour concevoir le protocole de séchage, nous avons mesuré au préalable les propriétés hygromécaniques du bois utilisé : densité, coefficients de diffusion, isothermes de sorption, coefficients de retrait-gonflement et constantes d'élasticité. Suite à ces travaux expérimentaux, il s'avère que la grenadille possède des coefficients de diffusion faibles en comparaison avec d'autres essences, ainsi que des isothermes de sorption significativement différentes des bois tempérés (feuillus et résineux) avec un point de saturation des fibres très bas. En utilisant une méthode de mesure non-destructive par ultrasons, nous avons également déterminé toutes ses constantes élastiques : modules d'élasticité, de cisaillement et coefficients de Poisson. Ces propriétés élastiques sont très différentes des valeurs estimées par les modèles empiriques basés sur la densité. Ce bois possède une part très importante d'extractibles dont les effets sur le comportement hygromécanique sont mal connus. Nous avons donc procédé à leur extraction et mesuré une teneur très élevée, comparable aux résultats des études précédentes. Nos résultats semblent indiquer que les extractibles sont majoritairement présents dans les lumens. Le comportement hygromécanique des échantillons de bois sans extractibles a été caractérisé et comparé au bois brut. L'effet de cette extraction sur les courbes de sorption et le comportement élastique est très marqué, le bois sans extractibles se rapproche d'un comportement plus habituel. L'origine physique de ces résultats n'est pas encore clairement établie. Enfin, les conditions hygrothermiques subies par les pièces de bois, de leur entrée dans l'usine à la finition des clarinettes, ont été mesurées et modélisées. Couplées à des simulations numériques de diffusion, ces modélisations ont permis d'estimer les variations de teneur en eau du bois tout au long de son stockage, séchage puis de la facture d'une clarinette, et de montrer que la procédure actuellement utilisée dans l'entreprise pouvait être améliorée. Toutes les données obtenues au cours de la thèse et les différentes simulations mises en place sont finalement mobilisées afin de proposer de nouveaux protocoles de séchage permettant de réduire les déformations et les contraintes dans le bois au cours de l'ensemble du procédé de facture dans l'entreprise Henri Selmer Paris.

This thesis, the result of a collaboration between the Henri Selmer Paris company and the Laboratory of Mechanics and Civil Engineering, University of Montpellier--CNRS UMR 5508, has the main objective of designing and proposing a new drying protocol for grenadilla wood, or textit{Dalbergia melanoxylon}, used in the manufacture of clarinet. The document starts with a state of the art on the models used to describe the phenomenon of wood drying, in particular the sorption and diffusion of water in wood. In order to design the drying protocol, we first measured the hygromechanical properties of the wood used: density, diffusion coefficients, sorption isotherms, shrink-swelling coefficients and elastic constants. This experimental work shows that grenadilla has low diffusion coefficients compared to other species, as well as sorption isotherms significantly different from temperate woods (hardwood and softwood) with a very low fibre saturation point. Using a non-destructive ultrasonic measurement method, we also determined all its elastic constants: elastic and shear moduli, Poisson's ratios. These elastic properties are very different from the values estimated by density-based empirical models. This wood has a very high proportion of extractives whose effects on the hygromechanical behaviour are poorly known. We therefore proceeded to extract them and measured a very high content, comparable to the results of previous studies. Our results seem to indicate that extractives are mostly present in lumens. The hygromechanical behaviour of wood samples without extractives was characterized and compared to the raw wood. The effect of this extraction on the sorption curves and the elastic behaviour is very marked, the wood without extractives tends to have a more usual behaviour. The physical origin of these results is not yet clearly established. Finally, the hygrothermal conditions undergone by the pieces of wood, from their entry into the factory to the finishing of the clarinets, were measured and modeled. Coupled with numerical simulations of diffusion, these models allowed us to estimate the variations in the moisture content of the wood throughout its storage, drying and then the manufacturing process of a clarinet, and to show that the procedure currently used in the company could be improved. All the data obtained during the thesis and the various simulations set up were finally mobilized in order to propose new drying protocols to reduce the strains and stresses in the wood during the entire process of manufacturing in the company Henri Selmer Paris.