Au-delà du « bois sans défaut » : Apparence, structure, propriétés physiques-mécaniques et anisotropie de bois figurés selon divers schémas de déviations de fil.

Beyond "clear wood" : Appearance, structure, physical-mechanical properties and anisotropy of figured woods with different patterns of grain deviations

• Auteur / Autrice : Hsien-tsung Hu
• Direction : Iris Bremaud
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique, Génie Civil et Architecture
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 13/06/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-….)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Bois
• Jury : Président / Présidente : Bernard Thibaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Iris Brémaud, Patrick Langbour, Dominique Lafon-pham, Jacques Beauchêne, Joseph Gril, Louis Denaud, Nicola Macchioni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Louis Denaud, Nicola Macchioni

Mots clés

Mots clés libres

Bois d'artisanats

Bois figurés

Classement visuel

Propriétés mécaniques

Relations structure-propriétés

Anisotropie

Woodcrafts

Figured wood

Visual grading

Mechanical properties

Structure-properties relationships

Anisotropy

Résumé

Le fil du bois n'est pas droit, et cette singularité existe couramment dans la nature. Certains arbres présentent fréquemment des motifs, ou schémas de fil, spécifiques, ce qui fait que le fil de leur bois dévie par rapport au sens de l'application. La conséquence est que ces bois ont un motif de fil et présentent une apparence attrayante sur les surfaces finies, et sont appelé bois figurés. La définition du bois figuré se situe entre les limites de "l'existence commune" et de "l'occurrence accidentelle". La définition est donc explorée en explorant leur existence et les termes lexicaux par des fournisseurs professionnels de bois. L'information cachée de l'apparence attrayante est due à l'angle plongeant du fil par rapport à la surface. Ainsi, un essai optique en lumière visible avec des angles multiples a été tenté. Une équation analytique est également construite pour approcher leur structure. Par ailleurs, des essais de fendage dans la direction radiale démontrent la structure du fil du bois. De plus, certains motifs tels que « moucheté » présentent des changements soudains de direction de fil. Des schémas de fil comme pommelé et madré ne peuvent pas être simulés ou quantifiés. Outre les essais mésoscopique de la structure du fil, la méthode XRD (diffraction des rayons X) est utilisée pour des mesures locales de l'angle du fil (GA) et de l'angle des microfibrilles (MFA). Deux méthodes mécaniques dynamiques (vibratoires) ont été utilisées pour mesurer les propriétés mécaniques longitudinales sur deux tailles de spécimens. De nouveaux développements ont permis de tester les propriétés dynamiques en cisaillement. Un test quasi-statique (ultrasons) a été utilisé pour étendre aux modules dans les autres directions. Les retraits et le point de saturation des fibres (FSP) ont été mesurés pour comprendre les propriétés hygromécaniques et leur relation avec les propriétés mécaniques. Ces valeurs de propriétés ont été comparées aux résultats de la littérature, en comparant la différence relative. L'anisotropie réduite a été confirmée comme une caractéristique des bois figurés. Bien que les bois figurés soient caractérisés par des déviations de fil, leurs propriétés mécaniques longitudinales ne sont pas nécessairement dégradées, et entre des espèces très différentes, le MFA domine davantage. Cependant, en général, les déviations de fil diminuent le module d'élasticité longitudinal, et les modules de cisaillement sont relativement importants, ce qui entraîne une plus faible anisotropie axiale-cisaillement. De même, l'anisotropie des propriétés semble plus liée aux MFA car leurs valeurs dans l’espèce sont plus stables que celles de GA qui présente des variations très locales pour les structures de fil complexes. En fin de compte, le classement visuel des vendeurs de bois professionnels est indirectement prouvé car il est utile pour comparer les mêmes espèces avec différents degrés de figure pour le classement des propriétés mécaniques. Cependant, le MFA n'est pas détectable à l'échelle macroscopique.

The wood grain is not straight, and the singularity commonly exists in nature. Some trees frequently have specific grain patterns, causing their wood grain to deviate to the applying direction. The consequence is that those wood have the grain pattern and demonstrate an attractive appearance on the plane, called the figured wood. The definition of the figured wood is between the boundary of “common existence” and the “accidental occurrence”. The definition is thus defined by exploring their existence and lexical terms from the professional wood supply. The hidden information about the attractive appearance is because of the diving angle. Thus, a trial with the visible light with multiple angles is made. Also, the analytical equation is built to approach their structure. Instead, the splitting along the radial direction demonstrates the grain structure in wood. Furthermore, some patterns, such as birdseye grain, have sudden grain changes against the radial direction. Pommele and swirling grain cannot be simulated or quantified. Besides the mesoscopic discovery for the grain structure, the XRD (X-ray diffraction) method is used for their grain angle (GA) and microfibril angle (MFA) local measurements. Two dynamic mechanical (vibrational) methods were used for the longitudinal mechanical properties measurements in two sample sizes. Some new developments allowed testing dynamic properties in shear. A quasi-static test (ultrasonic) was used to expand to moduli in the other directions. The shrinkage properties and fibre saturation point (FSP) were measured to understand the hygro-mechanical properties and the relation to mechanical properties. Those properties values were compared with the literature results, comparing the relative difference. Reduced anisotropy was confirmed as a feature of figured woods. Although figured woods are characterised by grain deviations, the longitudinal mechanical properties are not necessarily degraded, and between very different species, the MFA more dominates it. However, the grain deviations generally reduce the longitudinal modulus of elasticity, and the shear moduli are relatively large, causing smaller axial-to-shear anisotropy. Also, the anisotropy of properties appears more related to the MFA because it is more stable than the GA, which has very local variations for the complex grain structure. In the end, the visual grading from professional wood vendors is indirectly proving it because it helps compare the same species with different degrees of figure for the mechanical properties grading. However, the MFA is not detectable in macroscopic.