Scaling MoE and MoR measurements for white spruce (Picea glauca)

LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES EN FLEXION DU BOIS

Le bois est une matière anisotrope et hétérogène. Sa formation est influencée par le développement primaire et secondaire de l’arbre (Shmulsky and Jones 2011). Les propriétés mécaniques varient selon les orientations radiales, tangentielles et longitudinales (Kretschmann 2010). Les propriétés mécaniques en flexion statique sont généralement quantifiées par les modules d’élasticité (MoE) et de rupture (MoR) (Zhang et al. 1997). Le module d’élasticité correspond à la capacité de résister à une déformation plastique produite par une charge (Shmulsky and Jones 2011). Un bois est plus rigide lorsque le bois se déforme moins pour une même charge. Le module de rupture est une mesure de la capacité maximale de support d’une pièce (Shmulsky and Jones 2011). La valeur du bois d’œuvre est souvent relié à ces propriétés (Lei et al. 2005, Beaulieu et al. 2006, Liu et al. 2007b, Jiang et al. 2010, Vikram et al. 2011).Il est généralement bien admis que la structure et les caractéristiques anatomiques de l’arbre ont des effets importants sur les propriétés mécaniques. Il se trouve que l’angle des microfibrilles (MFA) dans la paroi cellulaire secondaire (couche S2) des fibres et des trachéides est inversement proportionnel au MoE chez plusieurs espèces (Lichtenegger et al. 1999, Barnett and Bonham 2004, Lundgren 2004, Donaldson 2008, Lasserre et al. 2009, McLean et al. 2010, Watt et al. 2011). Le MFA entraîne un retrait longitudinal plus important, ce qui diminue la rigidité à la flexion de la pièce de bois. De nombreuses études ont confirmé la dépendance de MFA à l’âge cambial (Lichtenegger et al. 1999, Donaldson 2008, Lachenbruch et al. 2010, Watt et al. 2011). Le MFA plus élevé du bois juvénile offre une grande flexibilité aux gaules assurant une survie aux stress environnementaux. La réduction du MFA au stade juvénile aurait un impact économique important par l’augmentation de la qualité des produits provenant du bois juvénile (Amarasekera and Denne 2002, Ivkovié et al. 2009).La longueur des fibres, le diamètre et l’épaisseur des parois des trachéides ont des effets différents sur les propriétés mécaniques du bois. La longueur des fibres est un attribut important pour les produits structuraux, car la résistance au flambage des poutres est proportionnelle à la longueur des fibres (Stark and Rowlands 2003). On sait également que la longueur des fibres est corrélée négativement avec le MFA (Deresse et al. 2003 , Shengzuo et al. 2004). La masse volumique, qui constitue la base du matériau , est déterminée en partie par le diamètre des trachéides et leur épaisseur. Il est aussi bien connu que les propriétés mécaniques du bois varient entre le bois initial et le bois final.La densité du bois est un facteur important qui influence les propriétés en flexion (Downes et al. 2009). Les relations entre la masse volumique et les propriétés mécaniques varient beaucoup selon les espèces et le site (Lasserre et al. 2008 , Lasserre et al. 2009). Généralement, les deux modules sont positivement corrélés à la densité du bois. Une densité du bois plus grande, induite par une proportion de bois final plus élevée , une plus faible largeur de cerne , des parois plus épaisses et un rapport de paroi/lumen plus élevé assurent une plus grande rigidité à l’ arbre. Diverses études ont montré que la rigidité du bois pouvait être bien estimée à partir de sa densité (Auty and Achim 2008 , Jiang et al 2010 ,Vikram et al. 2011, Jiang et al 2012) .. Par contre, des études ont également signalé que du bois pLus dense pouvait avoir une plus grande concentration de résine et autres composés chimiques (Mtikinen et al. 2002), ce qui peut réduire les propriétés mécaniques. De plus, la relation entre l’augmentation de la densité du bois et l’augmentation de la résistance mécanique peut être disproportionnée (Larjavaara and Muller-Landau 2010)

MESURE DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES EN FLEXION

L’essai statique en flexion est une méthode précise et efficace pour mesurer les propriétés mécaniques d’ une pièce de bois (Kretschmann 2010). Plusieurs normes existent pour évaluer le MoR et MoE, et ces normes emploient des essais en flexion à 3 ou 4 points.L’essai de flexion à 4 points est souvent employé pour des pièces qui peuvent comporter des défauts. Cet essai est caractérisé par 2 points d’appui et 2 points de charge. L ‘essai à 3 points, où la charge est appliquée en 1 seul point, est inapproprié pour les pièces avec des nœuds, car leur effet sur le MoE et MoR est non linéaire. Le test à 4 points est donc généralement employé pour évaluer les propriétés mécaniques du bois d ‘œuvre.L’essai de flexion à 3 points concentre le stress au centre des pièces. Il est également souvent utilisé pour de petits échantillons sans défauts, dans le but de mieux mettre en relation le MoE et MoR avec la croissance des arbres. La petite taille de l’échantillon permet de réduire la variabilité intrinsèque du bois et éviter les défauts tels que les nœuds. Il existe toutefois des différences entre les mesures obtenues par les différents essais en flexion. Les propriétés mécaniques en flexion sont sensibles à la configuration de charge. Madsen (1990) a montré que les mesures de MoR obtenues par un essai en flexion à 3 points et un à 4 points ne concordent pas. De plus, il a noté des variations pour le même morceau de bois entre les mesures de MoE obtenues par deux types d’essais en flexion. Il a remarqué que l’effet d’indentation et l’effet de cisaillement (shear) amènent à une sousestimation du MoE pour l’essai de flexion à 3 points (Brancheriau et al. 2002).

DISCUSSION

The influence of crown metrics and stand density management has been studied on both lumber products (Zhang et al. 2002, Lei et al. 2005, Beaulieu et al. 2006, Liu et al.2007a) and mini-clear samples (Auty and Achim 2008, Raymond et al. 2008, Schneider et al. 2008b, Kuprevicius et al. 2013, Torquato et al. 2013). The relationship between sample size, crown attributes and stand spacing has however received !ittle attention. The proposed methods of pairing mini-clear samples to lumber pieces based on resampling techniques enabled us to better understand the intra- and inter-tree lumber/rnini-clear variation in mechanical properties. With the resampling technique , parameter value distributions are built to carry out the inferences. AlI possible permutations were not assessed, as it would have been too computationally intensive. Nevertheless, parameter distributions were found to stabilize after 2 500 iterations. The random pairing method is considered as the reference distribution, since no assumptions were made on the pairing probability. On the other hand, the weighted probability pairing method was based on the hypothesis that pieces of similar densities and cambial age should have higher probabilities of being paired.

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Table des matières

AVANT-PROPOS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES EN FLEXION DU BOIS
1.2 MESURE DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES EN FLEXION
CHAPITRE 2 SCALING MOE AND MOR MEASUREMENTS FOR WHITE SPRUCE FROM MINI-CLEAR SAMPLES TO FULL-LENGTH LUMBER AND RELATING THE RESULTS TO TREE-LEVEL VARIABLES
ABSTRACT
2.1 INTRODUCTION
2.2 MATERIAL
2.3 METHOD
2.4 RESULTS
2.5 DISCUSSION
2.6 CONCLUSION
ACKNOWLEDGEMENTS
CHAPTIRE 3 CONCLUSIONS ET IMPLICATIONS DE L’ÉTUDE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES