Propagation des ondes dans le bois

MATÉRIELS ET MÉTHODES

Choix du matériel

Le présent projet étudie les propriétés mécaniques de sept essences de bois de la forêt boréale. Les essences de feuillus sont le bouleau blanc (Be tula papyrifera), le peuplier faux-tremble (Populus tremuloides) et le peuplier hybride (Populus x species). Les essences de résineux sont l’épinette blanche (Picea glauca), le pin gris (Pi nus banksiana), le mélèze laricin (La rix laricina) et le thuya occidental (Thuja occidentalis L.). Ces arbres d’échantillonnage ont été récoltés de différents sites localisés dans la région de l’Abitibi-Témiscamingue (Québec, Canada). La collecte de la majorité de ces arbres fut faite dans la scierie Bionor. Le choix de ces essences s’est basé sur leurs valeurs de la masse volumique afin de couvrir une vaste gamme de variation.

Préparation des échantillons

Pour chacune des essences étudiées, des billes de bois d’environ 300 mm de diamètre et de 2,50 rn de longueur ont été débitées en planches de 27mm d’épaisseur. Un rabotage de la surface de chacune de ces planches de 27mm d’épaisseur est fait à l’aide d’une raboteuse de bois Dewalt (Maryland, États-Unis), afin d’obtenir 25mm d’épaisseur. Selon le plan de coupe (plans de coupe tangentiel et radial), deux planches ont été utilisés pour préparer différents types d’échantillons sans défaut (Figure 2.1).
Pour étudier la variation triaxiale, ces différents types d’échantillons ont été coupés selon les trois directions principales du bois : direction longitudinale (L), radiale (R) et tangentielle (T). Le tableau 2.1 résume le nombre et les dimensions des échantillons préparés ainsi que les normes utilisées pour chaque test effectué.
Propriété Dimensions de Type Nombre des Norme ou Test effectué 1 ‘échantillon déterminée (mm) (L, R, T) d’échantillon échantillons références Directions principales du bois sont la direction longitudinale (L), radiale (R) et tangentielle (T) Méthodes de mesure sont la résonance (r), l’llitrason (u), la compression ( c) et la flexion (f) 1 El,J: Module d’élasticité par la méthode de mesure i dans la directionj 2Gl,Jk: Module de cisaillement par la méthode de mesure i dans le planjk 3Ec,i Déformation élastique de la compression dans la direction i 4 MOR: Module de rupture en flexion 5 Dimensions des échantillons pour le peuplier hybride et le thuya occidental 6Types d’échantillons comme indiqués sur la figure 2.1 Un total de 1470 échantillons ont subi une adsorption dans une chambre de conditionnement LABOCON (Melton Mowbray, Royaume-Uni) à une humidité relative de 60% et une température de l’air ambiant de 20 °C. Ce conditionnement a permis d’atteindre une teneur en humidité d’équilibre d’environ 12% pour respecter les normes en vigueur. Le contrôle et la mesure de la teneur en humidité du bois sont effectués à l’aide d’un humidimètre ‘Tramex WME Wood Moisture Encounter’ (Kilmacanogue, Ireland). Pour chaque échantillon, un ensemble de paramètres tel que les dimensions (longueur, largeur et épaisseur) et la masse ont été mesurés en utilisant un pied à coulisse de précision± 0,02 mm et une balance analytique de précision ±0,01 g, respectivement. En se basant alors sur la moyenne de ces différents paramètres, la masse volumique de 1′ échantillon est calculée par le quotient de la masse moyenne et le volume trouvé.

Mesure des propriétés mécaniques de bois

Méthodes destructives : essais de compression et de flexion
Les résultats de différents essais statiques réalisés sont considérés comme des références. Les tests ont été effectués en utilisant une machine universelle électromécanique de marque Zwick/Roell Z20 (Ulm, Allemagne) avec une capacité de 20 KN.

Essai de compression:

Pour faire l’étude triaxiale, trois types d’essais de compression sont réalisés en fonction de la direction d’ application de la force par rapport à la direction de l’orientation des fibres du bois (Figure 2.2). Pour chaque essai, un extensomètre mécanique à jauge de contrainte de type« clipsable »a été utilisé afin d’augmenter la précision des mesures.

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Table des matières

REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RÉSUMÉ
ABSTRACT
INTRODUCTION
CHAPITRE 1
REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
1.1 Définition, historique et application des méthodes d’évaluation non destructives du bois
1.2 Propagation des ondes dans le bois
1.2.1 Propagation des ondes mécaniques dans le bois
1.2.1.1 Technique de résonance
1.2.1.1.1 Vibration longitudinale
1.2.1.1.2 Vibration de flexion
1.2.1.1.3 Vibration de torsion
1.2.1.2 Technique d’ultrason
1.2.1.2.1 Inspection par ultrason
1.2.1.2.1.1 Technique impulsion-écho
1.2.1.2.1.2 Technique par transmission
1.2.1.2.1.3 Imagerie ultrasonore
1.2.1.2.2 Évaluation des propriétés mécaniques par ultrason
1.2.2 Propagation des ondes électromagnétiques dans le bois
1.3 Relations entre les propriétés mécaniques statiques et dynamiques du
bois
1.3.1 Généralités sur les propriétés mécaniques du bois
1.3.2 Modules d’élasticité
1.3.3 Modules de cisaillement
1.3.4 Coefficients de Poisson
1.4 Principaux facteurs affectant le comportement mécanique du bois
1. 4.1 Structure anatomique
1.4.2 La masse volumique
1.4. 3 La teneur en humidité et la température
Chapitre 2
MATÉRIELS ET MÉTHODES
2.1 Choix du matériel
2.2 Préparation des échantillons
2.3 Mesure des propriétés mécaniques de bois
2.3.1 Méthodes destructives : essais de compression et de flexion
2.3.1.1 Essai de compression :
2.3.1.2 Essai de flexion
2.3.2 Méthodes non destructives
2.3.2.1 Mesures ultrasoniques
2.3.2.2 Mesures acoustiques par résonance
2.3.2.2.1 Méthode de résonance : mode de vibration longitudinale
2.3.2.2.2 Méthode de résonance : mode de vibration de flexion
2.3.2.2.3 Méthode de résonance : mode de vibration de torsion
2.4 Analyse statistique
CHAPITRE 3
RÉSULTATS ET DISCUSSION
3.1 Modules d’élasticité
3.1.1 Étude du comportement statique du bois en compression selon trois axes
par des méthodes non destructives (ultrason et résonance)
3.1.1.1 Analyse de variance
3.1.1.2 Variation triaxiale des modules élastiques statiques et dynamiques
3.1.1.3 Prédiction triaxiale des modules d’élasticité statiques en
compression par les modules dynamiques mesurés par les
méthodes d’ultrason et de résonance
3.1.2 Étude du comportement statique du bois en flexion par les méthodes non
destructives (ultrason et résonance)
3.1.2.1 Analyse de variance
3.1.2.2 Étude comparative entre les propriétés mécaniques du bois
déterminées par les essais non destructifs (modules d’élasticité
dynamiques) et l’essai de flexion (module d’élasticité en flexion et
le module de rupture)
3.1.2.3 Prédiction des modules d’élasticité statiques en flexion par les
modules dynamiques
3.1.2.4 Prédiction du module de rupture (MOR) en flexion par par le
module statique en flexion et les modules dynamiques
3.2 Modules de cisaillement
3.2.1 Analyse de variance
3.2.2 Étude comparative entre les modules de cisaillement du bois
déterminés par les méthodes destructives et non destructives
3.2.3 Prédiction des modules de cisaillement statiques du bois par les
méthodes non destructives
3.2.4 Prédiction des modules du cisaillement du bois à partir des modules
d’élasticité
3.3 Évaluation des coefficients de Poisson par les méthodes destructives et non
destructives
3.3.1 Validation des méthodes de mesure appliquées
3.3.2 Vérification des six coefficients de Poisson trouvés par les deux méthodes non destructives (la méthode d’ultrason en appliquant la théorie isotrope et la méthode de résonance)
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
RÉFÉRENCES