Caractérisation par analyse vibratoire des propriétés viscoélastiques d'échantillons de bois dans leur diversité naturelle

Characterization by vibrational analysis of the viscoelastic properties of wood samples in their natural diversity

• Auteur / Autrice : Alaa Al fay
• Direction : Delphine Jullien
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique, Génie Civil et Architecture
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Bois

Mots clés

Mots clés libres

Bois

Analyse modale

Viscoélasticité

Modèle prédictif

Base de données

Diversité

Wood

Modal analysis

Viscoelasticity

Predictive model

Database

Diversity

Résumé

Les progrès importants en matière d'analyse du comportement des matériaux par des outils issus de l'analyse vibratoire, couplés à la modélisation et au calcul numérique performant, ouvrent de nouvelles perspectives pour l'acquisition rapide et multidirectionnelle, sur un même échantillon, de propriétés viscoélastiques. Le développement et la mise en œuvre de ces techniques, très intéressantes pour des matériaux anisotropes et variables comme le bois, permettraient de lever le verrou de la constitution de fiches techniques « bois ». Cette thèse, à caractère principalement expérimental, s'inscrit dans la continuité des travaux d'A. Burgers (Thèse de doctorat, Université de Montpellier, 2016) et des collaborations en cours entre les équipes Bois et DMS du LMGC et l'IES sur la caractérisation « rapide » et non destructive de la plupart des constantes élastiques du comportement orthotrope d'échantillons de bois par analyse vibratoire. Les objectifs principaux sont de développer ces mesures afin d'exploiter l'amortissement ou l'atténuation des signaux, pour le relier à un comportement viscoélastique orthotrope sur le long terme, adapté aux différents domaines d'utilisation des bois. Les expériences s'appuieront sur une sélection d'échantillons issus de la xylothèque du CIRAD permettant de balayer la diversité des bois. Ceci permettra d'enrichir la base de données du CIRAD sur les bois et d'approfondir les relations existantes entre les différents paramètres viscoélastiques du bois. La constitution d'outils de caractérisation et de modèles pertinents devrait permettre de constituer rapidement des bases de données et des fiches techniques de composants en bois, et ainsi favoriser une utilisation plus systématique du bois en lieu et place d'autres matériaux présentant un bilan écologique moins favorable.

Wood is a large class of versatile materials for mechanical engineering on a par with metals on various criteria such as the tonnage of annual world production or the wide range of basic technical properties. The density range of wood is 5 to 10 times lower than that of metals, due to its cellular structure, the walls of which consist of layers of long-fibre nano-composites. This makes wood one of the most efficient materials for many applications. Nevertheless, the highly anisotropic, viscoelastic, varied and variable behaviour of wood can be a problem for the design and use of parts. Currently, there are no relevant and complete data sheets for wood in the material selection tool databases, which are necessary for high-end and high-performance applications. However, as all woods are made up of the same chemical and structural elements in relatively small numbers, this gives a high degree of consistency to their mechanical behaviour, which can thus be approximated by only a few parameters such as density or specific modulus in the longitudinal direction. In 1987, D. Guitard carried out a state of the art study on the orthotropic elastic parameters of wood. He proposed, on the basis of measurements carried out on different samples, by different methods and different laboratories, a statistical modelling of the elastic coefficients based on density alone, which did not cover the entire range of wood densities. Significant progress in the analysis of material behaviour using tools derived from vibration analysis, coupled with modelling and high-performance numerical calculation, opens up new prospects for the rapid and multidirectional acquisition of viscoelastic properties on a single sample. The development and implementation of these techniques, which are very interesting for anisotropic and variable materials such as wood, would make it possible to lift the lock on the constitution of 'wood' data sheets. This thesis, which is mainly experimental in nature, is in line with the work of A. Burgers (PhD thesis, University of Montpellier, 2016) and the ongoing collaborations between the LMGC Wood and DMS teams and the IES on the 'fast' and non-destructive characterisation of most of the elastic constants of the orthotropic behaviour of wood samples by vibratory analysis. The main objectives are to develop these measurements in order to exploit the damping or attenuation of the signals, in order to relate them to long-term orthotropic viscoelastic behaviour, adapted to the various fields of use of wood. The experiments will be based on a selection of samples from CIRAD's xylotheque, which will allow the diversity of woods to be examined. This will enable the CIRAD wood database to be enriched and the existing relationships between the various viscoelastic parameters of wood to be studied in greater depth. The development of characterisation tools and relevant models should make it possible to rapidly build up databases and technical data sheets for wood components, and thus encourage the more systematic use of wood instead of other materials with a less favourable ecological balance.