Le matériau bois

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  •  Etude anatomique des végétaux ligneux

 Généralités

Les arbres se divisent en deux grands groupes :

- Les gymnospermes ou bois résineux : ils sont fournis par les arbres du groupe des conifères caractérisés par une forme conique et des feuilles en forme d'aiguille (pin sylvestre, épicéa, sapin, mélèze, douglas ) et font partie d'un sous-embranchement des plantes à graines. Le nom gymnosperme provient du grec gumnospermos signifiant « semence nue ».

- Les angiospermes ou bois feuillus : ils sont fournis par les arbres du groupe botanique des dicotylédones caractérisés par des arbres à feuilles caduques pour nos régions tempérées (chêne, hêtre, frêne, peuplier, érable, châtaignier etc). Angiosperme signifie «graine dans un récipient» en grec par opposition aux gymnospermes (graine nue).

Principales essences métropolitaines utilisées en construction

Chêne

Douglas

Epicéa

 

Mélèze

Peuplier

Pin sylvestre

Sapin

Caractéristiques de la forêt mondiale (FAO-2000)

- Répartition par continents Superficie (3870 Mh) :

Afrique 17%

Amérique Nord 14%

Amérique Sud 23%

Asie-Océanie 19%

Europe 5%

Situation de la déforestation (entre 1990 et 2000) Variation de la superficie

 Afrique -7.5% à -52%

Amérique Nord -1% à -6%

Amérique Sud -4% à -36%

Asie-Océanie -0.8% à -6%

Europe +4.4% à +89%

ex-URSS +0.1% à +11%

-102 Mh

Pays encourageant la déforestation par leurs importations illégales (WWF-2005) :

Pays exportateurs : Brésil, Indonésie, Congo, Nigéria, Russie

Pays importateurs : Angleterre, Finlande, Allemagne, France, Italie, Pays-Bas

Quantité importée : 20 Mm3 / an

Bénéfice illégal "blanchi" : 3 Milliards € / an

+9Mh

 Etude de la cellule végétale

 

 Elle est constituée essentiellement :

 - d'une membrane cellulaire complexe formant "l'ossature"

- d'un noyau "flottant" dans le cytoplasme, il assure la transmission génétique des caractères de l'être dont la cellule fait partie.

- d'un cytoplasme, liquide visqueux dans lequel flottent des corps solides, qui participent à la synthèse des constituants de la cellule, à la respiration ou à l'assimilation des substances nutritives exemple : les chloroplastes

- de vacuoles : cavités remplies de substances organiques dont le volume varie.

Suivant les plantes, leur stade de croissance, la place et le rôle assignés à la cellule, chacun de ces éléments cellulaires peut subir des transformations :

- la membrane peut s'épaissir et s'imprégner de différentes substances (lignine, subérine, cutine ) ;

- les vacuoles peuvent se diviser s'unir se réduire ;

- les plastes peuvent prendre une coloration donnant une pigmentation particulière, au feuillage par exemple ;

- la cellule peut stocker des produits de réserve (amidon) ou de sécrétion (résine, tanin) ;

Les tissus végétaux

Les cellules subissent des modifications en rapport avec les fonctions qu'elles  sont  appelées à remplir : les cellules, semblablement différenciées , sont groupés en tissus ayant chacun leur constitution et leur fonction déterminées. Les différents tissus sont donc classés suivant leur spécialité. On distingue :

Le tissu protecteur :  il protège le corps des végétaux contre le milieu extérieur. Il constitue l'épiderme pour les parties jeunes (feuilles jeunes rameaux) ou le liège et écorce pour les parties âgées.

Le tissu conducteur: il assure la circulation de la sève, la sève brute des racines aux feuilles ; la sève élaborée des feuilles aux différentes parties de l'arbre. Il existe donc deux sortes de tissus de conduction.

Les tissus vasculaires : ils conduisent la sève brute. Ils sont formés de vaisseaux chez les feuillus et de trachéides chez les résineux.

Les tissus criblés : ils conduisent la sève élaborée. Les canaux conduisant cette sève s'appellent les tubes criblés

Le tissu de nutrition : appelé parenchyme, il peut prendre différentes formes :

* parenchyme chlorophyllien dans les feuilles -parenchyme absorbant dans les racines

* parenchyme de réserve dans le bois

Le tissu de soutien: il est constitué de cellules très allongées aux parois durcies imprégnées de lignine. Il donne sa rigidité au bois. Appelé fibres pour les feuillus et trachéides pour les résineux

Le tissu sécréteur : il élimine les déchets de l'activité physiologique (résines latex essences végétales tanins) L'élimination se fait à l'intérieur de l'arbre (ex. poches de résines)

L’aubier et le bois parfait

Les racines, branches et tronc d'un arbre sont constitués d'un ensemble de fibres ligneuses, de parenchyme et de vaisseaux (environ 50% de cellulose et 20% de lignine)

L’aubier correspond au bois physiologiquement actif. Petit à petit les vaisseaux qui constituent l’aubier cessent d’alimenter l’arbre ; ils se bouchent et s’imprègnent de différentes substances (tannins, résines). Cette zone de l’arbre est alors appelée duramen et le bois est qualifié de bois parfait.

Les essences de bois peuvent se classer en deux catégories :

- duramen différencié : l’aubier est plus clair que le duramen (ou bois de cœur dans ce cas là). Le duramen dans cette catégorie possède généralement une durabilité naturelle en résistant aux champignons lignivores et aux larves xylophages et il est peu ou pas imprégnable (chêne, châtaignier, douglas, mélèze…)

- duramen non différencié : pas de différence de coloration entre l’aubier et le duramen et chaque zone a des facultés d’absorption distinctes (sapin, épicéa, peuplier…)

La branche ou le tronc de l’arbre sont composés de cinq couches principales. De l’extérieur vers l’intérieur :

- L’écorce protège l’arbre des intempéries, des insectes… Elle est plus ou moins épaisse selon les espèces. Elle est composée par des cellules mortes. Elle est imperméable mais permet des échanges gazeux pour la respiration des cellules du phellogène, du cambium et de l'aubier qui constituent les tissus vivants sous-jacents.

- Le suber est un tissu végétal localisé à la périphérie d'un tronc. C’est la partie la plus externe ayant un rôle de protection. Celle-ci contient une substance imperméable, la "subérine", qui protège les couches internes.

- Le liber (écorce interne) sert à transporter la sève élaborée. La plupart des cellules qui le composent sont mortes. La partie la plus interne du liber possède des canaux qui amènent la sève élaborée des feuilles aux cellules du cambium.

- Le cambium est une partie très peu visible mais elle assure la croissance de l’arbre. C'est là que se produit la croissance de l'arbre en épaisseur. C’est une couche visible au microscope constituée de cellules vivantes. Ce méristème secondaire produit le bois d’aubier vers l’intérieur et le liber vers l’extérieur du tronc.

- L'aubier (bois vivant) permet la circulation de la sève brute du sol vers les feuilles. C’est la partie tendre du bois, la plus fragile aussi entre l’écorce et le bois dur dans laquelle les parasites (insectes et champignons) trouvent des éléments nutritifs : amidon, sucres… Il est composé de cellules plus ou moins vivantes en voie de duraminisation. Ces cellules transportent la sève brute des racines aux feuilles Dans la mise en œuvre d’un bois de charpente, l’aubier sera, autant que possible, éliminé.

- Le duramen est du bois mort qui sert de charpente à l’aubier qui l’entoure. C’est la partie la plus dure et la résistante de l’arbre. Le duramen contient des antiseptiques naturels (tanins, résines) le rendant plus résistant aux agressions biologiques. C’est cette partie de l’arbre qui sera donc la plus fiable pour la construction. Il est composé de cellules mortes qui ont fini d'évoluer. Les cernes marquent les couches successives d’aubiers superposées au cours des années. C'est le support de l'arbre que l’on nomme bois de cœur ou bois parfait.

La moelle : C’est le tissu végétal un peu mou au centre du tronc. Il se forme au début de la croissance de l'arbre et ne se modifie pas.

Les rayons : ce sont des espaces disposés dans le sens radial possédant des cellules de parenchyme qui servent au stockage des réserves nutritives (amidon). Ils sont visibles chez les feuillus mais pratiquement invisibles à l'œil nu chez les résineux.

Les cernes : ils correspondent aux couches de croissance annuelles. Leur comptage précis permet de connaître l’âge de l’arbre au moment de sa coupe.

Les assises génératrices

La croissance en diamètre du tronc est due au méristème secondaire, le cambium qui forme une assise continue de cellules entre le xylème et le phloème primaire. Ce cambium engendre un xylème secondaire - le bois - vers l’intérieur du tronc et un phloème secondaire - le liber - vers l’extérieur. Les cellules ainsi produites au cours du temps forment un manchon cylindrique qui devient très épais. Chaque année la croissance en épaisseur des tiges est essentiellement due à l’ajout de bois.

 

Dans un tronc d’arbre, le xylème secondaire constitue la partie principale et correspond à ce que l’on appelle communément le bois. Le liber étant situé plus à la périphérie dans la tige ou la racine est rapidement écrasé par la pression de croissance en épaisseur provenant de l’ajout de nouveau bois. Un nouvel ajout se fait chaque année sous forme d’un cerne ou anneau de croissance ce qui fait augmenter le diamètre de l’arbre. Le bois est principalement formé par des fibres ligneuses qui acquièrent ont un rôle de soutien.

 

La partie jeune du tronc et des branches d’un arbre, située à la périphérie sous l’écorce s’appelle l’aubier. C’est le bois de l’année généré par le cambium. Il contient beaucoup d’eau et assure le transport de substances nutritives. A l’échelle macroscopique, l’aubier est la zone de bois clair située entre l’écorce et le cœur plus sombre. Il est exposé aux insectes xylophages et aux champignons lignivores en raison de sa situation plus périphérique dans le tronc. Le bois de cœur est plus dur et plus résistant que le bois d’aubier et il n’assure aucune fonction de transport de sève. Il est formé par la superposition des cernes des années antérieures. Le développement de la tige résulte d'une élongation et d'une croissance en diamètre; deux phases correspondant à deux organisations différentes des tissus se succèdent. La première est liée au développement en longueur et est caractérisée par l'élaboration de tissus de type primaire; la seconde, liée au développement en épaisseur des tiges, est caractérisée par l'élaboration de tissus de type secondaire.

 

Une assise génératrice est formée par un anneau de cellules en voie de cloisonnement entourant la plante et donnant naissance à un Méristème de part et d'autre de cette assise. Les cellules méristématiques ont des fonctions analogues à celles des cellules souches chez les animaux : elles sont peu ou pas du tout différenciées et sont capables de continuer leur division cellulaire indéfiniment

Méristème : Tissu de cellules végétales de type embryonnaire (non différencié) à multiplication rapide, responsable soit de la croissance en longueur (tiges et racines), c'est le méristème primaire, soit responsable de la croissance en épaisseur, c'est le méristème secondaire.

Différentes assises génératrices : de l'extérieur vers l'intérieur de 1'arbre on trouve :

- l'assise génératrice subérophellodermique ou péridermique :

. méristème externe : liège

. méristème interne : phelloderme

- l'assise génératrice libéro-ligneuse ou cambiale :

. méristème externe : liber

. méristème interne : bois (aubier)

Notions de plans ligneux

Le plan ligneux est l'ensemble des particularités de nature et de disposition des éléments constituants le bois. Il est constant pour tous les arbres d'une même essence. C'est lui qui permettra une identification de l'essence par examen macroscopique ou microscopique. L'étude du plan ligneux se fera au travers des trois coupes de références, à savoir :

coupe transversale perpendiculaire au sens axial,

coupe radiale suivant un rayon ligneux,

coupe tangentielle tangente aux cernes annuels.

 

Proportion du retrait.

 

Sens axial : c'est le sens du fil du bois. Dans ce sens le retrait est très faible et pratiquement négligeable.

 Sens radial : c'est la direction du cœur vers l’écorce. Dans ce sens le retrait est faible.

 Sens tangentiel : sens tangent aux couches de croissance  les plus fortes, elles sont deux fois plus fortes que dans le sens radial

 

 Caractères généraux de structure des bois résineux

Les caractères de structure de ces bois sont simples, ce qui rend leur identification difficile car ils se ressemblent tous. Le bois secondaire des conifères est exclusivement formé de trachéides, cellules allongées, terminées en biseau, à section carrée, dont les parois lignifiées sont creusées de ponctuations aréolées. Ces trachéides sont disposées régulièrement en lignes concentriques et en files radiales entre lesquelles viennent s'intercaler les rayons ligneux. A leur rôle conducteur s'ajoute un rôle de soutien.

Dans le bois initial formé au printemps au moment de la croissance de l'arbre , les trachéides ont des parois minces.

Dans le bois final, formé en été au moment où la croissance de l'arbre est plus lente, les trachéides ont des parois plus épaisses. Ce bois est plus coloré que le précédent.

Le parenchyme : à coté des trachéides, on trouve du parenchyme ligneux  formé  de  cellules  prismatiques  à  membranes  plus  ou moins épaisses imprégnées de lignine et à ponctuations simples. Mais alors que les trachéides sont des éléments morts, ces cellules sont vivantes, le parenchyme jouant le rôle de tissu de réserves.

Les rayons ligneux : files de cellules allant de la périphérie vers le centre. Ils sont constitués le plus souvent par une seule file de cellules : rayons unisériés.  Ils sont formés,  soit uniquement de cellules de parenchyme, ils sont dits alors homogènes(sapins, tsuga, genévriers), soit de cellules de parenchyme et de trachéides, et ils sont dits hétérogènes (pins, épicéas). En coupe transversale, ces rayons apparaissent formés d'une seule série de cellules allongées radialement. En coupe longitudinale tangentielle, leur hauteur est limitée à quelques cellules seulement. Au champ de croisement des cellules de parenchyme, des rayons ligneux et des trachéides, des ponctuations de chaque genre, facilitent les échanges de matières.

           Les canaux résinifères : dans certains genres comme les pins, les épicéas, les douglas, on trouve des canaux résinifères. Ce sont des tubes cylindriques, entourés de cellules sécrétrices où s'accumule la résine. Ils sont de deux types : -verticaux, répartis dans la masse des trachéides - horizontaux, de direction radiale, placés dans la partie moyenne d'un rayon ligneux qui se trouve alors renflé à ce niveau. Ces canaux communiquent entre eux et forment un système continu.

Structure du bois d’épicéa

Caractères généraux de structure de bois feuillus

Le plan ligneux des feuillus est beaucoup plus compliqué que celui des résineux, les éléments constitutifs des tissus sont plus variés : rayons ligneux, vaisseaux, fibres, parenchyme axial long et court, éléments sécréteurs. De plus, les dimensions de ces éléments, leur groupement, leur structure, leur position sont très variables. Grâce à des différences très marquées, l'identification macroscopique des essences feuillues est souvent plus facile que celles des essences résineuses.

 Les rayons ligneux : les cellules sont analogues à celles que l'on rencontre chez les résineux. Chez les feuillus, les rayons peuvent ne comporter qu'une épaisseur de cellules, mais le plus souvent ils sont épais de plusieurs couches de cellules (chêne hêtre érable)

Les vaisseaux : ce sont des tubes constitués par des cellules mortes allongées, empilées les unes sur les autres. Ils sont extrêmement variés dans leurs dimensions (diamètre et largeur) exemple le chêne fruitier et dans leur groupement (groupés ou non )

Le parenchyme : long ou court, il est parfois apparent à l'œil nu,   il  entoure  les  vaisseaux  ou  les  réunit  en  groupements caractéristiques

Les fibres : toujours en grand nombre, leurs parois sont plus ou moins épaisses et lignifiées. Elles ont un intérêt essentiel quant aux qualités mécaniques et aux utilisations du bois.

Les éléments sécréteurs : cellules réparties dans tout l'arbre, elles ne sont pas discernables.

Les taches médullaires : particulières à certaines essences aulne bouleau. Ce sont d'anciennes galeries de larves d'insecte cicatrisées.

Structure du bois de chêne pédoncule

 

  • Références de ce cours

http://membres.multimania.fr/archibois/lamcol.htm#utilisation2

http://www.glulam.org/

Charpentes en bois lamellée-collée Edition Eyrolles

Assemblages en charpente bois L.C.