Caractérisation des fissures de déroulage et de la densitométrie par ondes térahertz : des propriétés locales du placage jusqu’aux performances mécaniques de LVL

Characterization of lathe checks and terahertz wave densitometry : from local veneer properties to the mechanical performance of LVL

• Auteur / Autrice : Caroline Marc
• Direction : Louis Etienne Denaud, Bertrand Marcon, Stéphane Girardon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 02/12/2024
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bourguignon des matériaux et procédés (Cluny, Saône-et-Loire) - Laboratoire bourguignon des matériaux et procédés (Cluny, Saône-et-Loire)
• Jury : Président / Présidente : Florent Eyma
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Louis Etienne Denaud, Bertrand Marcon, Stéphane Girardon, Florent Eyma, Marianne Perrin, Patrick Mounaix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marianne Perrin, Patrick Mounaix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bois d'industrie

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Thèses et écrits académiques

Bois -- Recherche

Mots clés libres

Bois

Masse volumique

TeraHertz

Fissures de déroulage

Réseau de neurones

Lvl

Wood

Density

TeraHertz

Lathe check

Neural network

Lvl

Résumé

Le bois est un matériau renouvelable aux propriétés mécaniques remarquables, comparables à celles des métaux lorsqu'on les considère en fonction de leur densité, et une caractérisation et une sélection appropriées de ce matériau permet de tirer le meilleur parti de sa variabilité naturelle. Ses propriétés mécaniques sont fortement influencées par de nombreux paramètres issus de la variabilité du bois et de son usinage, notamment, pour ce qui concerne ces travaux de recherche impliquant des placages, la masse volumique et les fissures induites lors du processus de déroulage; ces deux propriétés physiques font donc naturellement l'objet de travaux exploratoires. D'une part, une nouvelle méthode de mesure automatisée des fissures par apprentissage profond a été développée, afin d'améliorer la justesse et la répétabilité de cette mesure, habituellement effectuée manuellement. Ensuite, plusieurs essais non destructifs et destructifs ont été effectués sur des panneaux de Lamibois en placages de peuplier plus ou moins fissurés, dans le but d’étudier l’influence du taux de fissuration des placages sur les performances mécaniques des produits finis. Cette analyse n'a permis de montrer aucune corrélation notable avec la majorité des propriétés mécaniques, ce qui peut s'expliquer par l'infiltration partielle de la colle dans les fissures. D'autre part, la mesure de la masse volumique locale à l'échelle millimétrique, habituellement effectuée à l’aide de rayonnements X pouvant être néfastes pour la santé et onéreuse, a fait l'objet d'une étude exploratoire par imagerie par ondes térahertz, qui ont l’avantage d’être non-ionisantes mais dont les interactions avec le matériaux bois sont encore peu étudiées contrairement aux rayons X, en particulier pour cette application. Les résultats montrent cette fois une forte corrélation entre les mesures térahertz (coefficient d’absorption et indice de réfraction) et la masse volumique, bien que des limites liées à la complexité anatomique du bois ou à la focalisation du faisceau aient été identifiées. Ces deux approches ouvrent des perspectives très prometteuses pour la sélection de placages pour une production de produits d'ingénierie lamellés à base de bois maîtrisée permettant d'envisager sérieusement des applications exigeantes et à forte valeur ajoutée comme l'aéronautique et l'automobile.

Wood is a renewable material with remarkable mechanical properties, comparable to those of metals when considered in relation to their density. Proper characterization and selection of this material allow for optimizing its natural variability. Its mechanical properties are strongly influenced by numerous parameters arising from wood variability and its processing, notably concerning this research involving veneers, the density, and the lathe checks induced during the peeling process; these two physical properties are naturally the subject of exploratory work. On one hand, a new automated method for measuring lathe checks using deep learning has been developed to improve the accuracy and repeatability of this measurement, which is usually performed manually. Furthermore, several non-destructive and destructive tests have been conducted on Laminated Veneer Lumber panels made from more or less checked poplar veneers, with the aim of studying the influence of the cracking rate of the veneers on the mechanical performance of the finished products. This analysis did not show any notable correlation with the majority of mechanical properties, which may be explained by the partial infiltration of the adhesive into the lathe checks. On the other hand, the measurement of local density at the millimeter scale, usually performed using harmful X-ray radiation that can be detrimental to health and costly, has been the subject of exploratory study through terahertz wave imaging, which has the advantage of being non-ionizing but whose interactions with wood materials are still poorly studied compared to X-rays, particularly for this application. The results show a strong correlation between terahertz measurements (absorption coefficient and refractive index) and density, although limitations related to the anatomical complexity of wood or beam focusing have been identified, necessitating better consideration of these factors to improve measurement fidelity. These two approaches open very promising perspectives for selecting veneers for a controlled production of laminated wood-based engineering products, allowing for serious consideration of demanding and high-value applications such as aerospace and automotive.