Effets des traitements thermiques modérés sur le vieillissement physique du bois et sur ses propriétés hygro-mécaniques

par Leila Rostom

Projet de thèse en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Sabine Care.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec NAVIER (laboratoire) et de Matériaux et structures architecturés (equipe de recherche) depuis le 01-11-2017 .


  • Résumé

    Le matériau bois, comme matériau d'enveloppe ou de structure, est un matériau d'intérêt dans le domaine de la construction et de l'habitation dans les villes, tant pour la construction neuve que pour la question de la surélévation d'immeubles anciens. Le patrimoine bâti montre que le bois permet de concevoir des bâtiments durables et sains. Pour pouvoir, cependant, estimer des durées de vie, proposer des méthodes d'entretien …, il est nécessaire de poursuivre les efforts de recherche car les mécanismes du vieillissement physique du bois ne sont pas actuellement bien compris et ses propriétés hygro-mécaniques ‘ultimes' ne sont pas complètement maitrisées. Le projet de thèse proposé concerne le vieillissement du bois sollicité dans des conditions ‘normales' d'utilisation (T°C, humidité relative (HR)) et/ou soumis à des traitements thermiques modérés. Les traitements thermiques sous très hautes températures (T> 200°C) ne seront pas investiguées dans la mesure où ils conduisent à des pertes de résistance notables et ne sont pas compatibles avec des éléments de structure du fait du comportement mécanique fragile induit. Pour évaluer les effets du temps et de la température sur le séchage ou comme vecteur d'accélération du vieillissement, il est nécessaire de caractériser les interactions eau-bois à différentes échelles du matériau en lien avec les propriétés d'usage du matériau qui dépendent par ailleurs des conditions environnementales (T°C, HR). Les études réalisées jusqu'à présent ont souvent consisté à évaluer le caractère vieilli du bois par des traitements thermiques modérés ou non au travers du changement de couleur du bois, de la détermination des propriétés résiduelles, sans que les mécanismes en jeu soient complètement compris. La complexité de la structure du bois et de ses propriétés, ainsi que l'absence de techniques expérimentales ‘usuelles' permettant d'investiguer et de comprendre la structure du bois en interaction avec l'environnement de manière fine et à l'échelle des constituants du bois sont un frein pour comprendre de manière approfondie le comportement hydrique du bois et les modifications de ses propriétés induites par des traitements thermiques. Cependant des études récentes ont montré que les techniques de RMN ainsi que l'IRM permettent de caractériser des modifications induites par des traitements thermiques, à l'échelle moléculaire et de manière non destructive et in-situ. Le projet de thèse vise donc à utiliser la méthode de relaxométrie RMN du 1H, éventuellement couplée avec de l'IRM du 1H et de la RMN du 13C pour mieux comprendre les phénomènes physico-chimiques en jeu lors du vieillissement physique, d'un traitement thermique modéré, mais aussi pour pouvoir mieux expliquer les modifications des propriétés hygro-mécaniques (déformations hydriques, résistance, fluage) qui seront par ailleurs évaluées afin d'établir des lois cinétiques de vieillissement.

  • Titre traduit

    Effects of moderate heat treatments on the physical aging of wood and on its hygo-mechanical properties


  • Résumé

    Wood material, as an envelope or structural material, is a material of interest in the field of construction and housing in cities, both for new construction and for the question of the raising of old buildings. The built heritage shows that wood makes it possible to design buildings that are sustainable and healthy. In order, however, to estimate lifetimes, to propose methods of maintenance, it is necessary to continue the research efforts to understand the mechanisms of physical aging of wood, which are not currently well understood as well as its hygro-mechanical properties' (T ° C, relative humidity (RH)) while subjected to moderate heat treatments. The research project is concerned with the aging of wood under normal conditions of use (T ° C, relative humidity (RH)). Thermal treatments at very high temperatures (T> 200 ° C) will not be investments as they lead to notable losses and are not compatible with the constituent elements of the fragile mechanical behavior. To evaluate the effects of time and temperature on drying or as a vector of aging acceleration, it is necessary to characterize the water-wood interactions at different scales of the material with the properties of use of the material which depend on the environmental factors (T ° C, HR). Studies carried out so far have often consisted of assessing the aging of wood by the change of color after a moderate or non-moderated heat treatment. But the mechanisms are not being completely understood, knowing moreover the complexity of the wood structure and its properties, as well as the lack of experimental techniques for studying and understanding the structure of wood in a fine manner and at the scale of wood constituents. However, recent studies have shown that NMR and MRI techniques can be used to characterize changes induced by heat treatments at the molecular scale and in a non-destructive and in situ manner. The project of this method consists in using 1H NMR relaxometry method, coupled with 1H and 13C NMR MRI to better understand physico-chemical phenomena involved in physical aging, moderate heat treatment, but also to better understand the changes in hygro-mechanical properties (water deformations, resistance, creep) that will be used to establish the kinetic laws of aging.