Valorisation d'une ressource pin maritime par des composites bois lamellé-collé (BLC)

Valorization of a maritime pine resource using glued laminated timber (GLT) composites

• Auteur / Autrice : Raoul Adjovi Loko
• Direction : Jean-Luc Coureau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 12/06/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Dubois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Grazide, Gérard Gbaguidi Aîsse, Robert Le Roy, Jérôme Moreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Charrier, Rostand Moutou Pitti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bois -- Essais

Surfaces (technologie) -- Analyse

Flexion (mécanique)

Pin maritime

Bois lamellé collé

Composites

Mots clés libres

Valorisation

Composites structuraux

Lamellé-Collé

Pin maritime

Critères de dimensionnement

Flexion 4 points

Norme EN408

Caractérisation

Valorization

Structural composites

Glued laminated

Maritime pine

Dimensioning criteria

4 points bending

EN408 standard

Characterisation

Résumé

L’élaboration de composites structuraux BLC de Pin maritime de performances mécaniques égales à celles du GL28c, représente un enjeu majeur pour une meilleure valorisation de la ressource. L’essai de référence pour la caractérisation des lamelles constitutives des poutres BLC est l’essai de flexion 4 points défini dans la norme EN408. Cependant, plusieurs études montrent des difficultés de mesure des modules d’élasticité des bois structuraux par la configuration normative. Dans ce travail, nous avons proposé un essai de flexion 4 points modifié que nous avons comparé à l’essai normalisé. La méthode de caractérisation proposée est plus représentative des conditions d’usage des solives et des poutres BLC structurales dans les planchers en bois. Les rigidités déterminées sur l’échantillonnage de cette thèse par l’essai proposé, montrent une augmentation de la rigidité flexionnelle de 15% par rapport à l’essai de référence, ce qui se répercute sur le dimensionnement aux ELS dans les notes de calcul des poutres des planchers en bois. D’autre part, lorsque nous avons associé divers critères de nodosité aux rigidités des bois de l’échantillonnage, nous remarquons que les nœuds discriminants pour la résistance en flexion ne sont pas forcément discriminants pour la rigidité flexionnelle du bois de pin maritime, ce qui est en accord avec la bibliographie pour d’autres essences de bois. De plus, l’évaluation des déformations après séchage montre une bonne stabilité dimensionnelle après séchage, des bois de l’échantillonnage. Par-ailleurs, pour la majorité des poutres en bois travaillant en flexion, le critère ELS est souvent le critère dimensionnant et dans ces cas, le critère de résistance devient secondaire par rapport au critère de rigidité ; particulièrement pour les poutres de planchers tertiaires pour lesquelles l’on peut s’affranchir des critères vibro-acoustiques de l’Eurocode 5. Sur cette base, nous avons développé numériquement par une méthode éléments finis grâce à des techniques probabilistes (méthode des moindres carrés), des jumeaux numériques de poutres BLC de portée 4,5m. Nous montrons que l’utilisation de lots tout venant, sans tri en amont du processus de fabrication permet de fabriquer des poutres BLC en bois de pin maritime de performances mécaniques égales à celles du GL28c, voire du GL32c. Plusieurs longueurs d’aboutages ont été développées pour évaluer l’influence de la longueur d’aboutage sur les performances mécaniques. L’étude montre que la présence d’un nombre élevé d’aboutages dans le composite BLC, dégrade son module apparent. Dans le cadre de la détermination des rigidités des poutres BLC générées numériquement, nous avons également comparé les résultats fournis par l’essai standard de flexion 4 points, à l’essai de flexion proposé dans ce travail. Les résultats montrent que l’essai proposé valorise mieux la ressource. Ainsi, la valorisation de la ressource pin maritime de l’étude par son emploi dans les poutres BLC repose sur le continuum entre la méthode de caractérisation des lamelles constitutives des composites et l’essai de reconnaissance du produit fini.

The development of maritime pine GLT structural composites with mechanical performances equal to those of GL28c represents a major challenge for a better valorization of the resource. The reference test for the characterisation of the necessary lamella for the GLT beams production, is the 4-point bending test defined in standard EN408. However, several studies show difficulties in measuring the moduli of elasticity of structural timber by the EN408 standard test arrangement. In this work, we proposed a modified 4-point bending test that we compared to the standard EN408 test. The proposed characterisation method is more representative of the using conditions of structural joists and GLT beams in timber floors. The stiffnesses determined on the sample of this thesis by this proposed test, show an increase in flexural stiffness of 15% compared to the standard test, which is reflected in the serviceability limit state (SLS) design in the calculation notes of the wooden floor beams. On the other hand, when we associated various nodosity criteria to the stiffnesses of the sampled lamellae, we noticed that the discriminating knots for the bending strength are not necessarily discriminating for the flexural stiffness of maritime pine timber, which is in agreement with the bibliography for other wood species. Moreover, the evaluation of the deformations after drying, shows a good dimensional stability after drying of the sampled lamellae. In addition, for the majority of timber beams working in bending, the SLS criterion is often the dimensioning criterion and in these cases the strength criterion becomes secondary to the stiffness criterion; particularly for tertiary floor beams for which the vibro-acoustic criteria of Eurocode 5 can be dispensed with. On this basis, we developed digital twins of GLT beams with a span of 4.5m using a finite element method and probabilistic techniques (least squares method). We show that the use of a raw batch, without sorting upstream of the manufacturing process, allows the production of maritime pine GLT beams with mechanical performances equal to those of GL28c, or even GL32c. Several finger-joint lengths were developed to evaluate the influence of finger-joint length on the mechanical performance. The study shows that the presence of a high number of joints in the GLT composite degrades its apparent modulus. In order to determine the stiffnesses of the numerically generated GLT beams, we also compared their stiffnesses provided by the standard 4-point bending test compared with the bending test proposed in this work. The results show that the proposed test provides better valorize the sample. Thus, the valorization of the maritime pine resource of the study through its use in GLT beams is based on the continuum between the method of characterisation of the lamellae constituting the composites and the recognition test of the GLT finished product.