Contribution au développement de méthodes de caractérisation et de modélisation de LVL de peuplier en vue de leur usage dans la mobilité

Contribution to the development of characterization and modeling methods of poplar LVL for their use in transports

• Auteur / Autrice : Axel Peignon
• Direction : Bruno Castanié, Florent Eyma
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 29/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICA - Institut Clément Ader - Institut Clément Ader
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées (Toulouse ; 1961-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Baley
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arthur Cantarel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anita Catapano, Rostand Moutou Pitti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bois

Mots clés libres

Bois

Lamibois (LVL)

Placage

Caractérisation Mécaniques

Essai troué

Essai Double Cantilever Beam (DCB)

Wood

Laminated Veneer Lumber (LVL)

Veneer

Mechanical Characterization

Open Hole Specimens

Double Cantilever Beam (DCB) test

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le projet « BOOST » (acronyme de « le BOis pOur les STructures des véhicules ») financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR). Il s’agit d’un Projet de Recherche Collaboratif entre l’ICA (Institut Clément Ader) à Toulouse et le LaBoMaP (LaBoratoire des Matériaux et Procédés) à Cluny.Le bois est une ressource locale, à très faible empreinte carbone et renouvelable. Largement utilisé dans l’aéronautique, mais aussi dans l’automobile en tant que structure travaillante dans le passé, son réemploi devient aujourd’hui un enjeu de la bioéconomie (Mair-Bauernfeind et al., 2020; Skullestad et al., 2016). Dans ce domaine, des travaux récents montrent que le bois est un matériau « crédible » pour la substitution de matériaux métalliques dans les structures de véhicules (Baumann et al., 2020).Les résultats antérieurs de l’Institut Clément Ader démontrent les très bonnes qualités mécaniques du bois, et notamment du contreplaqué associé à des peaux métalliques ou composites en statique, impact et crash (Guélou, 2021; Susainathan, 2017). Le LaBoMaP a pour sa part développé une méthode d’identification optique de l’orientation des fibres de chaque pli déroulé composant le contreplaqué (Duriot, 2021; Viguier et al., 2018). L’objectif scientifique de cette thèse est donc de :- Caractériser des LVL de peuplier, tout en caractérisant l’effet de la pente de fil, l’influence du nombre de plis et d’autres caractéristiques propres au LVL ;- Caractériser les interfaces collées dans le LVL en étudiant l’influence de l’orientation des plis à cette même interface ;- Étudier l’effet de la présence d’un trou sur le comportement mécanique des LVL, première étape pour définir une méthode de dimensionnement des jonctions dans les LVL.En effet, dans la perspective de démontrer l’intérêt des structures bois pour les moyens de transport, il n’est pas possible de se limiter à la caractérisation de matériaux élémentaires et à une stratégie de modélisation éprouvée au niveau du coupon seul. Comme pour la certification des structures aéronautiques, une démarche multiniveaux de type « pyramide des essais » semble pertinente. Aussi, il est primordial de caractériser au mieux le comportement du LVL. Les essais sur éprouvettes trouées ont été choisis, car ils sont utilisés dans de nombreux domaines et n’ont pratiquement pas été étudiés dans les contreplaqués. De plus, ils sont un premier pas vers la caractérisation de jonctions boulonnées et d’assemblages plus complexes. Au travers de ces essais, de nombreuses similitudes, mais aussi des différences significatives ont été observées entre le LVL et les matériaux composites synthétiques. Des modèles numériques élémentaires, s’inspirant de modèles de matériaux composites, ont aussi été proposés dans ces travaux pour appréhender le comportement mécanique spécifique du LVL.

This thesis is part of the ''BOOST'' project (an acronym for ''le BOis pOur les STructures des véhicules'') funded by the French National Research Agency (ANR). This is a Collaborative Research Project between ICA (Institut Clément Ader) in Toulouse and LaBoMaP (LaBoratoire des Matériaux et Procédés) in Cluny.Wood is a local, renewable resource with a very low carbon footprint. Widely used in aeronautics but also in automobiles as a working structure in the past, its reuse today is becoming a challenge for the bioeconomy (Mair-Bauernfeind et al., 2020; Skullestad et al., 2016). In this field, recent work shows that wood is a ''credible'' material for the substitution of metallic materials in vehicle structures (Baumann et al., 2020).Previous results from the Institut Clément Ader demonstrate excellent mechanical qualities of wood, and in particular plywood combined with metal or composite skins in static, impact, and crash tests (Guélou, 2021; Susainathan, 2017). For its part, LaBoMaP has developed a method for optically identifying the fiber orientation of each peeled ply making up plywood (Duriot, 2021; Viguier et al., 2018). The scientific objective of this thesis is therefore to:- Characterize poplar LVLs, while characterizing the effect of yarn slopes, the influence of the number of plies, and other LVL-specific characteristics;- Characterize bonded interfaces in LVL, studying the influence of ply orientation at the same interface;- Study the effect of the presence of a hole in the mechanical behavior of LVLs, the first step towards defining a method for dimensioning junctions in LVLs.Indeed, to demonstrate the value of wood structures for the transport industry, it is not possible to limit ourselves to elementary material characterization and elementary modeling strategy. As with the certification of aeronautical structures, a multi-level ''test pyramid'' approach seems appropriate. It is therefore essential to characterize LVL behavior as accurately as possible. Testing on open-hole specimens was chosen because it is used in many fields and has hardly been studied in plywood or LVL. In addition, they are a first step towards characterizing bolted joints and more complex assemblies. Through these tests, many similarities and significant differences were observed between LVL and synthetic composite materials. Elementary numerical models, inspired by composite material models, were also proposed in this work to apprehend the specific mechanical behavior of LVL.