L'eau et le bois

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  •  Propriétés physiques du bois

L'humidité

Origine de l’eau :

 L'arbre puise l'eau dans le sol par les racines et les radicelles, la répartition de l'eau dans l'arbre n'est pas régulière, elle est importante dans les cellules vivantes, aubier, liber, cambium, elle est plus faible dans les cellules mortes, duramen ou bois parfait, cœur

 Différents types d’eau

L'eau de constitution : elle entre dans la composition chimique de la matière, elle disparait avec la destruction du bois ou sous l'effet de la chaleur on obtient du charbon de bois.

L'eau d'imprégnation : elle est contenue dans les tissus cellulaires

L'eau libre : elle est située dans les vides cellulaires et intercellulaires, c'est la première éliminée au cours du séchage.

Pourcentage de chaque type d’eau :

 

bois anhydre

point de saturation

 

eau de constitution

eau d'imprégnation

eau libre

 

0%

30%

 

Remarques :

 Par définition un bois contenant 0% d'eau est appelé "bois anhydre". Par définition un bois qui ne contient plus d'eau libre est un bois qui a atteint "le point de saturation" H = 30%.

 Degré ou pourcentage d’humidité

Définition : c'est la masse d'eau contenue dans un échantillon de bois par rapport à sa masse à l'état anhydre, il est exprimé en pourcentage.

Méthodes de mesure :

1ère méthode  : à l'aide d'appareils électriques, hydromètre ou hydro-test (on utilise la résistance plus ou moins grande du bois au passage d'un courant électrique)

2ème méthode : par pesée H% =

 

Influence du taux d’humidité sur la mise en œuvre du bois

 

Le taux d'humidité du matériau bois va agir sur :

-La conservation du bois, au dessus de 20% d'humidité la vie des champignons est favorisée.

-Les propriétés mécaniques du bois.

-Les variations dimensionnelles du bois.

La rétractabilité

Définition : c'est la propriété du matériau bois de varier de volume (retrait ou gonflement) quand son taux d'humidité varie au dessous du point de saturation (H=30%). De par la constitution hétérogène du bois, la rétractibilité ne s'exerce pas également selon les trois directions (axiale radiale tangentielle).

On distingue les deux éléments suivants :

La rétractabilité linéaire (axiale radiale tangentielle) Elle traduit la variation dimensionnelle dans les trois directions citées ci-dessus par pourcentage de variation de l'humidité. Des coefficients sont définis par essence et permettent les calculs de rétractibilité (voir tableau joint) Le coefficient de rétractibilité axiale est le même pour toutes les essences, à savoir : a = 0,01%

La rétractabilité volumétrique : Elle traduit l'aptitude du bois à changer de volume. Le coefficient de rétractibilité volumétrique est sensiblement égal à la somme des trois coefficients de rétractibilité linéaire.

Durabilité et imprégnabilité

Les essences de bois sont caractérisées par différents classements :

- classification de la durabilité naturelle vis-à-vis des champignons lignivores,

- classification de la durabilité naturelle vis-à-vis des capricornes et des vrillettes

- classification de la durabilité naturelle vis-à-vis des termites

- classification d’imprégnabilité (propriété utilisée pour le traitement autoclave)

 

Imprégnabilité

du Duramen (bois parfait)

de l’Aubier

Douglas

non imprégnable

moyennement à peu imprégnable

Mélèze

non imprégnable

moyennement imprégnable

Pin sylvestre

peu à non imprégnable

imprégnable

Western red cedar

peu à non imprégnable

peu imprégnable

Châtaignier

non imprégnable

moyennement imprégnable

Chêne

non imprégnable

imprégnable

Robinier

Faux acacia non imprégnable

imprégnable

Iroko

non imprégnable

.

Azobe

non imprégnable

.

Equilibre hygroscopique du bois

Un échantillon de bois placé dans une ambiance stable (T°C et H% constants) a tendance à se stabiliser à un certain taux d'humidité : on dit que le bois est en équilibre hygroscopique avec l'air ambiant où il se trouve, ce taux d'humidité est appelé "taux d'équilibre hygroscopique"(voir courbes d'équilibre)

Effets de la rétractabilité sur le matériau

La rétractibilité entraine 2 types d'effets qui sont :

- Les variations dimensionnelles : Elles sont liées à la masse volumique du bois d'une part et au sens considéré d'autre part. Pour simplifier plus un bois est léger (masse volumique faible) plus les variations dimensionnelles seront faibles (voir tableau joint) Pour le sens considéré, on observe : que le retrait axial (a) est faible a=0.01% ; que le retrait tangentiel (t) est approximativement 2 fois plus important que le retrait radial (r) : t=2r.

-Les déformations :  Elles sont liées au sens de débit  et à la position des pièces dans la bille de bois

Comment limiter les effets de la rétractabilité ?

Les solutions qui permettent de limiter les effets de la rétractibilité passent par une bonne maîtrise des problèmes de conception des ouvrages et de mise en œuvre du matériau bois, on peut retenir les principes suivants :

- Utiliser  des  bois  dont  le pourcentage  d'humidité  sera en équilibre hygroscopique avec le milieu ambiant de destination.

- Choisir des pièces de bois débitées sur quartier (sens radial)

- Eviter les pièces de grande largeur, assembler plusieurs pièces pour obtenir la même largeur.

- Orienter les pièces dans les ouvrages en tenant compte des déformations à venir.

- Laisser du jeu dans les assemblages en bois de fil.

- Protéger les bois mis en œuvre d'une couche protectrice (peinture, vernis, lasure, produits hydrofuges)

- Planifier dans le temps les opérations de pose sur chantier pour éviter les reprises d'humidité

 Courbes hygroscopique des bois

Caractéristiques physiques

Rétractabilité des essences

 

 

Rétractibilité

Rétractibilité

Rétractibilité

Essences

radiale

tangentielle

Totale

 

r %

t %

R%

Forts retraits

15%<R<20%

Chêne

6.0

12

16 à 20

Hêtre

6,5

13

18 à 20

Charme

6,5

13

18 à 20

Eucalyptus

6.5

11

16 à 17

Orme

6.0

12

15 à 20

Frêne

5,5

11

15 à 19

Robinier

6,5

13

19 à 20

Pin laricio

6,5

13

19 à 20

Retrait moyen

10%<R<15%

Erable

4.0

8

12 à 13

Bouleau

4,5

9

13 à 15

Acajou

3,5

7

10 à 12

Spruce

4.0

 

11 à 12

Pin sylvestre

4.0

8

11 à 13

Sapin

4.0

8

11 à 13

Epicea

4.0

8

11 à 12

Châtaignier

4.0

8

11 à 12

Mélèze

4,5

9

11 à 14

Peuplier

4,5

9

12 à 14

Sipo

3,5

7

10 à 12

Iroko

3,5

7

10 à 11

Okoumé

3.5

7

10 à 11

Tilleul

5.0

10

14 à 15

Pitchpin

4,5

9

13 à 15

Noyer

4,5

9

13

Pin maritime

4.0

8

12 à 13

Faible retrait

R<10%

Palissandre

2,5

5

7 à 8

Teck

3.0

6

9

Doussié

2,5

5

7 à 8

 La rétractibilité volumétrique totale est la variation de volume entre l'état anhydre et l'état saturé (voir tableau ci-dessous).

Exemple de rétractibilité

Un madrier en sapin de section 75 x 22,5 cm (longueur : 6 m en extérieur abrité qui a une humidité de 21 % en décembre, passe à un état d'humidité de 12 %en juillet.

- Variation d'humidité H = 21 - 12 = 9%

Rétractibilité tangentielle : 0,25 x 9 = 2,25 %

Rétractibilité radiale : 0,15x9 =1,35%

Rétractibilité axiale : 0,01 x 9  = 0,09%

- Variations

Sens tangentiel          15 mm

Sens radial                   1 mm

Sens axial                    6 mm

 

- Section résiduelle à 12 % d'humidité : 7,4cm x 22cm x 599,4cm

Coefficients de rétractabilité de quelques essences

 

Essences

radial

tangentiel

volumétrique

(v %)

Bois extrêmement

Palétuvier

0.35

0.55

1.00

Nerveux- v > 0.75

Abalé

0.41

0.30

0.76

Bois très nerveux 0,55<v<0,75

Hêtre

0.23

0.43

0.72

Pin Laricio

0.24

0.37

0.66

Charme

0.22

0.35

0.66

Robinier

0.20

0.38

0.63

Orme champêtre

0.20

0.37

0.63

Pitchpin

0.20

0.37

0.62

Frêne

0.20

0.30

0.56

Bois nerveux

0,35 <v< 0,55

Pin d'Oregon

0.18

0.31

0.53

Chêne

0.16

0.32

0.50

Iroko

0.18

0.25

0.46

Bouleau

0.17

0.27

0.46

Palissandre

0.15

0.26

0.43

Sapin des Vosges

0.12

0.29

0.43

Hêtre doux

0.13

0.25

0.42

Châtaignier

0.12

0.25

0.41

Epicéa

0.12

0.26

0.41

Okoumé

0.13

0.24

0.39

Acajou

0.16

0.18

0.37

Bois peu nerveux 0,15<v<0,35

Peuplier

0.09

0.24

0.35

Pin maritime

0.11

0.20

0.34

Chêne de Tronçais

0.10

0.19

0.32

Noyer

0.09

0.14

0.24

Teck

0.08

0.14

0.23

 

Ebène

0.03

0.06

0.10

Coupe

1 - Débit sur dosse

2 - Débit sur faux quartier

3 - Débit sur quartier

4 - Débit sur faux quartier

5 - Rive sur quartier

6 – Débit sur quartier

7 - Débit sur maille

8 - Rive sur quartier

9 - Plateau de cœur

 Propriétés physiques des bois

  •  Le choix des essences

Le choix d’un bois produit localement permet de

- Limiter les transports de longues distances réduisant ainsi le bilan énergétique et les rejets de gaz à effet de serre.

- Contribuer au développement local (emploi).

- Favoriser la gestion durable des forêts françaises.

- Consommer le bois produit par les forêts françaises. Pour les feuillus, la France est le premier producteur européen de chêne, sessile ou pédonculé (30,3 % de surface productive), de hêtre (21,3 %) et de peuplier. Pourtant, malgré l’importance des feuillus, la récolte des résineux est beaucoup plus importante et notamment les pins sylvestre (8,3 %) et maritime (4,7 %), l’épicéa commun (5,0 %), le sapin (7,4 %) et le douglas.

La classe de durabilité naturelle

Elle définit la durabilité naturelle d'une essence, sa résistance intrinsèque (dureté, capacité d'absorption de l'eau ...) aux divers agents extérieurs (champignons, insectes...). Les essences de bois peuvent être utilisées sans traitement de préservation, si elles possèdent une durabilité naturelle suffisante face aux attaques biologiques (insectes et champignons).

- Si l'essence est naturellement durable, alors un traitement de préservation complémentaire n'est pas obligatoire.

- Si l'essence n'est pas naturellement durable, alors un traitement de préservation complémentaire devient obligatoire.

La norme NF EN 350 2 donne des indications sur la durabilité naturelle de 130 essences de bois résineux et feuillus tempérés et tropicaux commercialisés en Europe. Echelle de 1 à 5 de très durable à non durable.

1

Très durable

Plus de 25 ans (ex : doussié, teck, robinier, iroko, azobé).

2

Durable

De 15 à 25 ans (ex : azobé, châtaignier, chêne, red cedar).

3

Moyennement durable

De 10 à 15 ans (ex : sipo, noyer, douglas, mélèze, pins).

4

Faiblement durable

De 5 à 10 ans (ex : épicéa, sapin, orme).

5

Non durable

Moins de 5 ans (ex : aulne, bouleau, charme, hêtre, peuplier).

Remarque

La durabilité naturelle d'une essence n'est valable que pour son duramen (appelé également bois parfait ou bois de cœur).

Par conséquent, les bois doivent obligatoirement être purgés d'aubier, pour satisfaire à leur degré de durabilité naturelle !

 Remarque : un bois coupé en hiver est beaucoup plus résistant aux attaques de xylophages parce qu’il est en période de repos végétal : l’arbre ralentit la circulation de sa sève qui constitue une substance nutritive pour les parasites.