Caractérisation du comportement viscoélastique asymptotique du bois

par Cédric Montero

Thèse de doctorat en Mécanique, génie mécanique, génie civil

Sous la direction de Joseph Gril.

Le président du jury était Hervé Louche.

Le jury était composé de Joseph Gril, Jan Carmeliet, David Hunt, Arie Van Der Lee, Bruno Clair.

Les rapporteurs étaient Frédéric Dubois, Dominique Dérome.


  • Résumé

    L'effet du temps sur le comportement mécanique du matériau bois est déterminant aussi bien dans l'étude biomécanique de des arbres, que dans la réponse des structures bois ou encore dans l'optimisation des procédé de transformation et de conservation de ce matériau.Du fait de la nature polymérique de ses constituants, le bois présente une viscoélasticité fortement dépendante de l'humidité et de la température de l'environnement. Une variation de la teneur en eau sous chargement mécanique a pour effet d'accroître le fluage ou la relaxation, connu sous le nom d'effet mécanosorptif. Les phénomènes mécanosorptifs sont généralement considérés comme indépendants du temps. Toutefois, les contributions du temps et des variations de teneur en eau sont délicates à séparer.Une approche phénoménologique expérimentale a été mis en oeuvre à partir d'essais de fluage à long terme pour décrire la cinétique d'évolution longitudinale d'origine viscoélastique et l'extrapoler au moyen de modèles paraboliques. Les résultats obtenus ont permit d'évaluer un niveau limite de complaisance pour des temps infinis. Les effets mécanosorptifs ont pu être comparés à cette description viscoélastique semblant mettre en évidence des phénomènes irréversibles.La compréhension des mécanismes en jeu lors de ces processus complexes à fait l'objet d'une étude particulière du comportement in-situ de la cellulose par des expérimentations de diffraction de rayons X. Ce travail a montré un comportement de la cellulose cristalline se déformant proportionnellement à la déformation macroscopique jusqu'à l'application d'une valeur seuil pour laquelle la cellulose ne se déforme plus.Le travail réalisé vise à apporter des éléments fondamentaux pour améliorer la compréhension des mécanismes de déformation du bois, confronter les normes en vigueur dans son usage à long terme en structure (Eurocodes 5) et développer les lois de comportement mécaniques macroscopiques.

  • Titre traduit

    Characterization of wood asymptotic viscoelastic behaviour


  • Résumé

    The effect of time on mechanical behaviour of wood is decisive for biomechanical study of trees as well as response of timber structures or improvement of transformation process and preservation of this material.Originating from the polymeric nature of its constituents, wood presents a viscoelastic behaviour highly dependent on humidity and temperature of the environment. A moisture content change combined with mechanical loading creates an increase of creep or relaxation, known as mechanosorptive effect. Mechanosorptive effects are usually considered as time-independent. However the contributions of time and moisture content change are delicate to separate.An experimental phenomenological approach has been implemented based on long term creep test to describe longitudinal viscoelastic kinetics of evolution and extrapolate using parabolic models. The results obtained allow to quantify a finite value of compliance to infinite time. Mechanosorptive effects have been compared to this viscoelastic description and figure out irreversible phenomena.To understand the underlying mechanisms a specific analysis of in-situ cellulose behaviour by X-ray diffraction experiments has been conducted. The behaviour of crystalline cellulose reveals a proportional relation to macroscopic strain until a limit value is reached where the cellulose does not deform any more.The work performed aims at gathering fundamental elements for a better understanding of deformation mechanisms of wood, setting actual standards against the long term creep prediction of timber (Eurocode 5) and developping constitutive equations of wood.

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