Materiau Bois 2IC .pdf



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Titre: Matériau Bois IC
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POIC BIB - Matériau Bois

Bases de l'Ingénierie du Bâtiment
Matériau Bois

Sommaire

POIC BIB - Matériau Bois

1 Production du bois
1.1 Exploitation forestière
1.2 Ressources
1.3 Principales essences exploitées
2 Propriétés du bois
2.1 Constitution
2.2 Hygroscopie
2.3 Comportement mécanique
3 Préservation du bois
3.1 Insectes
3.2 Cryptogames
3.3 Feu
4 Fiabilisation du bois
4.1 Classement des bois de sciage
4.2 Normalisation pour la construction
4.3 Normalisation pour la préservation
5 Produits dérivés du bois
5.1 Panneaux
5.2 Produits structuraux
5.3 Bois lamellé-collé
Sommaire

POIC BIB - Matériau Bois

1.1 Exploitation forestière (1)
Bois : matériau naturel produit par les arbres
Consommation par la respiration
Photosynthèse

Glucose
Fabrication de la matière ligneuse

CO2 + H2O +

Bois

O2 (+0.5T)

CO2 (-1T) pour 1m3 de bois
Croissance des arbres et des forêts = fixation du CO2 atmosphérique et production de bois
Maintien des forêts anciennes non exploitées et protection des espèces animales = enjeu écologique,
historique et touristique
Exploitation raisonnée des forêts avec maintien des espèces animales = enjeu écologique et industriel

Production du bois

3

POIC BIB - Matériau Bois

1.1 Exploitation forestière (2)
Bois : matériau renouvelable peu énergivore

Bois : matériau performant
• Propriétés mécaniques

1 MJ

4 MJ






Propriétés thermiques
Propriétés acoustiques
Stabilité chimique
Tenue au feu
Masse

60 MJ

Effets positifs de l'exploitation forestière

Energie

Bilan CO2

Bois
Acier
Béton

30 kg
30 kg
300 kg

30 kJ
-50 kg
1800 kJ +20 kg
1800 KJ +110 kg

Bois
Acier
Béton

100 kg
60 kg
300 kg

100 kJ -160 kg
3600 kJ +40 kg
1800 KJ +110 kg

• Valorisation des sous-produits (sciure, écorce, petit bois)
• Régulation du cycle de l'eau (limitation de l'érosion et amélioration de la perméabilité des sols)
• Amélioration du cadre de vie (paysages, lieux de détente)

Effets négatifs de l'exploitation forestière
• Perturbation des espèces animales
• Pollution sonore
• Réduction de la diversité biologique
Production du bois

4

POIC BIB - Matériau Bois

1.1 Exploitation forestière (3)
Difficultés de l'exploitation forestière
Choix des essences
• Bonne adaptabilité naturelle aux conditions du lieu (sol, eau, déclivité, vent, etc..)
• Rentabilité : croissance des arbres et qualité du bois
• Contexte industriel : utilisation du bois (construction, industrie, chauffage, etc..)
• Contexte climatique : évolution des paramètres locaux

Gestion des forêts privées
• Plan d'exploitation (relation avec les CRPF)
• Surveillance de la santé des arbres (aide du CRPF et de l'ONF)
• Estimation des volumes sur pied
• Entretien des sous-bois (accessibilité des engins)
• Eclaircies et utilisation des faibles diamètres
• Extraction des chablis de tempêtes (nécessité d'utilisation rapide du bois : débouchés ?)

Chablis des grandes tempêtes
Tempête
24/01/2009
26-27/12/1999
11/02/1990
16/10/1987
6-11/11/1982
Production du bois

Dégâts
42 Mm3
140 Mm3
9 Mm3
16 Mm3 (UK)
12 Mm3
5

POIC BIB - Matériau Bois

1.1 Exploitation forestière (4)
Système racinaire des arbres (1)
Constitution
• Pivots primaire et secondaire : ancrage vertical principal (6)
• Racines charpentières et superficielles : stabilisation latérale principale
• Fourches : division des racines charpentières en racines superficielles (1 et 2)
• Cordes : ancrage secondaire vertical et latéral (racines fines et longues)
Charpentière

Fourche
[ Images : C Drénou, IDF]

Corde
Pivot secondaire

Partie centrale
(rayon de 1 à 3 m.)

Pivot primaire

Paramètres de l'ancrage racinaire
• Nature et humidité du sol
• Poids de la motte centrale (racine et sol)
• Propriétés mécaniques du bois racinaire
• Architecture des racines superficielles
• Densité des racines fines (cordes)
Production du bois

6

POIC BIB - Matériau Bois

1.1 Exploitation forestière (5)
Système racinaire des arbres (2)

Tranchée d'observation

Exemple de relevé visuel

Production du bois

[ Images : C Drénou, IDF]

7

POIC BIB - Matériau Bois

1.1 Exploitation forestière (6)
Système aérien des arbres (1)
Constitution

[ Images : C Drénou, IDF]

• Support mécanique, conduction des liquides et réserves : tige, rameau, branche, tronc
• Production de glucose : feuilles (feuillus), aiguilles (résineux)
• Plant naissant : tige avec possibilité limitée de division (au maximum 3 divisions)
• Arbre en phase de croissance : gigantisme ou réitération

Production du bois

Gigantisme (résineux)

Réitération (feuillus)

Résineux : épicéa
Feuillus : bouleau

Résineux : if
Feuillus : être

8

POIC BIB - Matériau Bois

1.2 Ressources (1)

[ Image : IFN]

Caractéristiques de la forêt métropolitaine (IFN 2013)
• Superficie = 16.5 Mh (30% du territoire)
• Répartition = quart nord-ouest "chauve"
• Accroissement biologique = 89.5 Mm3 / an
• Diversité = 65 espèces inventoriées par l'IFN
• Hétérogénéité des peuplements
• Répartition des essences (couvert arboré)

35% résineux

65% feuillus

Volume de bois
sur pied

Chênes
Hêtre
Châtaigner
Charme
Frêne
Autres feuillus

52%
13%
7%
5%
5%
18%

Pin maritime
Pin sylvestre
Epicéa
Sapin
Douglas
Autres résineux

24%
20%
14%
13%
9%
20%

Définition de la forêt
• Superficie > 5000 m2
• Aire couvert arboré > 10%
• Largeur couvert arboré > 20 m
• Hauteur arbres à maturité > 5 m

Mh
18
16
14
12
10
8
6
1820

Production du bois

1840

1860

1880

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

9

POIC BIB - Matériau Bois

1.2 Ressources (2)
Utilisation du bois dans la filière
Quantité de
bois sur pied

Bois d'œuvre
(grumes)
22 Mm3

Déroulage
Tranchage
5 Mm3

Sciage
10 Mm3

Bois d'industrie
(bois d'éclaircies)
12 Mm3

Déchets
3 Mm3

Broyage
Défibrage
4 Mm3

Bois de
chauffage
25 Mm3

Pâte à
papier
2.6 MT

Industries
forestières

Industries de 1ère
transformation

1.5 Mm

3

Exportation
2 Mm3
2 Mm3 4 Mm3

Sylviculture 2400 Mm3

Production du bois

Panneaux
Emballages
7.5 Mm3

Charpentes
7 Mm3
Menuiserie
10 MU
Lambris
Parquets
5 Mm2

Meubles
3.5 Mm3

Mâts
Traverses
5 Mm3

Papiers
Cartons
10.3 MT

Industries de 2ème
transformation

15000 entreprises
400000 emplois :
- 245000 emplois directs (production)
- 155000 emplois indirects (utilisation)
dont 50000 dans la construction
10

POIC BIB - Matériau Bois

1.2 Ressources (3)
Position dans l'union européenne (surface forestière=170 Mh, production=460 Mm3 – sciages=112Mm3)
• Superficie = Suède (19%), Finlande (16%), France (11%), Espagne (10%), Allemagne (8%)
• Volume = France (15%), Suède (15%), Allemagne (14%), Finlande (10%), Pologne (10%)
• Sciages = Allemagne (16 Mm3), Suède (16 Mm3), Finlande (13 Mm3), France (10 Mm3)
• Diversité = France, Espagne, Italie
• France = premier exportateur de feuillus
• France = importateur de résineux du nord (Suède, Finlande, Russie) = 3.5 Mm3 / an
Surface forestière (Mh)
Suède

14,0

27,1

Finlande

8,5

21,9

FRANCE

30,5

39,7

15,3

Espagne

10,7

Italie

10,0

Autriche

3,9

4,4

Portugal

3,7

5,5

Grèce

3,6

Royaume -Uni

55,0

35,6

14,4

Alle magne

41,2

24,2

16

50

13

33

10
16

4

29,4

11
8

9,2

1

12,9

21,4

2,8

54

36

8,3

9,3

Sciage (Mm3)

12

49,9
34,9

19,4

Bois ronds (Mm3)

7

24,2

Suisse 1,2 2,8 4,0
Be lgique Luxe mbourg 0,72,6 3,3
Irlande 0,7

6,2 6,9

Dane mark 0,5 3,8 4,2
Pays-Bas 0,4 3,0 3,4
0

Production du bois

10

20

30

40

50

60

11

POIC BIB - Matériau Bois

1.2 Ressources (4)
Certification forestière
• Objectifs
Promouvoir et accréditer la gestion durable des forêts et des produits ligneux
Concilier écologie et économie
Rassurer le consommateur final
• Organismes : dénomination et influence
Forest Stewardship Council (FSC - 1993)
47 Mh certifiés (30 pays), 75 pays affiliés
Programm for the Endorsement of the Forest Certification schemes (PEFC - 1999)
106 Mh certifiés (18 pays), 26 pays affiliés
• Situation française métropolitaine
4.5 Mh de forêts certifiées PEFC (66% dans le domaine public)
528 entreprises (83% liées à l'exploitation forestière)

Production du bois

12

POIC BIB - Matériau Bois

1.3 Principales essences exploitées (1)
Utilisation en construction
Chêne

Peuplier

Mélèze

Sapin

Epicéa

Pin sylvestre

Production du bois

Douglas

Pin maritime

13

POIC BIB - Matériau Bois

1.3 Principales essences exploitées (2)
Production de sciage
choix 3B
3,7%

choix 3B
5,1%

choix 2 & 3A
19,0%

choix 0A, 0B, 1
4,9%

choix 2 & 3A
3,3%

PIN MARITIME
27,6%

PIN SYLVESTRE
9%
8,5%

Résineux : 7.7 Mm3

MÉLÈZE
0,4%

4,6%

SAPIN ET ÉPICÉA
50%

choix 3A & 3B
15,9%

choix 0A, 0B, 1
3,9%

Noyer
Frêne Érable
Autres feuillus Châtaignier
1,9%
4,2%
0,2%
Merisier et
autres fruitiers
1,8%
feuillus divers
3,4%

Qualité emballage
18,3%

[ Images : CD du CNDB ]

choix 2
30,2%

Qualité sommier
1,0%

PEUPLIER 21,3%

Qualité choix
et bon bois
2,0%

AUTRES 11,5%

Choix Q-BA, Q-B1
Plots
7,4%

Pièces équarries
4,8%
Autres choix
4,9%

HÊTRE 26,5%

Feuillus : 2.3 Mm3

CHÊNE 40,7%

Autres choix
7,1%
Choix
Q-FA et Q-F1
Avivés
9,2%

Choix F-FA, F-F1
Avivés
3,9%
Autres choix
3,6%

Production du bois

Choix F-BA, F-B1
Plots
7,0%

Pièces équarries
5,3%

Autres choix
13,8%

14

POIC BIB - Matériau Bois

2.1 Constitution (1)
Croissance verticale et excentrique - Coupe diamétrale d'une grume
Cambium
Liber

Aubier
Duramen

Ecorce

Ecorce : protection
Liber : conduction de la sève élaborée
Cambium : couche génératrice
Aubier : conduction de la sève brute

Imprégnation de lignine et de tanins
Obturation de la porosité

Activité biologique
(développement, défense,
nutrition)

Duraminisation

Bois de cœur : support structural - résistance mécanique

Distinction aubier/ duramen

Chêne

Propriétés du bois

Châtaigner

Pin maritime

Epicéa

15

POIC BIB - Matériau Bois

2.1 Constitution (2)
Structure ligneuse (1)
Différence entre résineux et feuillus

Résineux (conifères)
Arbres à aiguilles persistantes
Famille botanique : gymnospermes
Présents depuis 270 MA (carbonifère)
Structure ligneuse simple

Feuillus
Arbres à feuilles caduques
Famille botanique : angiospermes
Présents depuis 100 MA (crétacé)
Structure ligneuse complexe

Propriétés du bois

16

POIC BIB - Matériau Bois

2.1 Constitution (3)
Structure ligneuse (2)

B
A

Fibres = trachéïdes
Forme régulière
Paroi fine

• Résineux

Fibres ≠ trachéïdes
Forme irrégulière
Paroi épaisse

A : bois initial (bois de printemps)
B : bois final (bois d'été)
A+B : cerne d'accroissement annuel

• Feuillus

B
A

Ponctuations
Fibres
Rayons ligneux
Parenchymes
Cellules productrices et de stockage

Canaux résinifères

Vaisseau

Direction radiale (perpendiculaire au fil)
Direction orthoradiale (perpendiculaire au fil)
Direction axiale (sens du fil)
Propriétés du bois

[ Images : Mécanique du bois – Cepadues ]

17

POIC BIB - Matériau Bois

2.1 Constitution (4)
Matière ligneuse (1)
• Dérivée du glucose synthétisé dans les feuilles ou les aiguilles
• Composition
Polymère polysacharide sans ramification (unicité)
1

Monomère : cellobiose (glucose)
Degré de polymérisation : 10000 (5µm)
Contrainte de rupture en traction : 300 MPa à 500 MPa

Cellulose (40% à 60%)

2

Hémicelluloses (25% à 35%)

3

Pectines (1%)

4

Lignine (20% à 35%)

Polymère polysacharide avec ramifications (multiplicité)
Monomères : pentosanes (xylose), hexosanes (glucose, mannose)
Degré de polymérisation : non défini
Acides organiques
Polymère polyphénolique complexe

Sens du fil

Paroi des cellules fibreuses : 4 couches
successives de fibrilles cellulosiques
orientées dans différentes directions.
Paroi primaire : "couche d'accrochage"
Parois secondaires : "couches structurantes"
(orientations successives : 70 ,15 , 80 )
Matrice interpariétale : pectines (aubier),
lignine (duramen), eau (ponts hydrogènes)
Propriétés du bois

[ Image : Traité de Génie Civil – Vol 13 – EPFL ]

18

POIC BIB - Matériau Bois

2.1 Constitution (5)
Matière ligneuse (2)
• Liaison intercomposants (dans une couche) : enchevêtrement complexe

[ Images : Site BM - UPMC Jussieu ]

1

1

Fibrilles cellulosiques

2

et pectines

3 ou lignine

1

4

1

et hémicelluloses

2

3

et protéines

2

Molécules d'eau
adsorbées par les
hémicelluloses :
(1) ponts hydrogènes
dans la paroi et dans la
matrice interpariétale, (2)
phénomène de
gonflement et retrait de la
paroi.
Eléments minéraux
Potassium
Magnésium
Calcium
Silice

Propriétés du bois

19

POIC BIB - Matériau Bois

2.1 Constitution (6)
Singularités (1)
• Liées à la croissance
Noeuds

Déviation de l'orientation de la sollicitation par rapport
au fil du bois : affaiblissement des résistances en
flexion et en traction

Irrégularité du sens du fil
Fil incliné, contre-fil, fil tors (loupe)

Propriétés du bois

20

POIC BIB - Matériau Bois

2.1 Constitution (7)
Singularités (2)
• Liées au climat (conditions de croissance)
Fentes

Roulures, quadranures, gélivures

Lunures (cernes d'aubier dans le bois de cœur), poches de résine

Différentiation de constitution et des propriétés mécaniques

Entre individus appartenant
à des espèces différentes

• Famille botanique (résineux ou feuillus)
• Largeur des cernes d'accroissement et proportion relative bois initial / bois final
• Rapport épaisseur pariétale / "diamètre équivalent" des fibres
• Densité en composants cellulosiques dans les parois des fibres (aubier)
• Densité de lignification du bois de cœur (degré de duraminisation)

Variabilité de constitution et des propriétés mécaniques

Entre individus appartenant
à la même espèce

• Conditions environnementales (climat, qualité des sols, topographie, maladies)
• Conditions d'exploitation (concurrence végétale, élagage, éclaircies)

Propriétés du bois

21

POIC BIB - Matériau Bois

2.1 Constitution (8)
Bois : matériau orthotrope à symétrie axiale
Différence entre propriétés dans le sens axial et dans le sens transversal : orientation des fibres
Direction axiale
Sens du fil
Direction transversale

Différence entre propriétés dans le sens radial et dans le sens orthoradial : effet des rayons ligneux
Renfort radial par les rayons ligneux

a

r

Propriétés du bois

t

22

POIC BIB - Matériau Bois

2.2 Hygroscopie (1)
Quantité d'eau contenue dans le bois : taux d'humidité du bois
 M − M0 

H = 100  H
M

0


Bois fraichement abattu (bois vert)
Feuillus H ≈ 85% - Résineux H ≈ 140 %

Perte et gain d'humidité s'accompagnent
d'une variation volumique du bois si
H < 30%

Séchage artificiel : H ≥ 8 %
Feuillus 10 à 20 jours
Résineux 2 à 5 jours

[ Images : CD du CNDB ]

Séchage naturel : H ≥ 13 %
Feuillus 4 à 12 mois
Résineux 3 à 6 mois

MH : masse du bois humide
M0 : masse du bois anhydre

H =30% : saturation de la paroi des fibres

e1
H > 30%
Pas de retrait
Propriétés du bois

e2

e3

e4

e1 = e2 > e3 > e4 > e5

e5
H < 30%
Retrait
23

POIC BIB - Matériau Bois

2.2 Hygroscopie (2)
Etat d'équilibre hygroscopique
Identique pour toutes les essences

Utilisation du bois en fonction de son humidité
Humidité du bois
Bois vert

Constructions à l ’eau

30%
Bois mi-sec
22%
Bois commercialement
sec

Constructions exposées
non couvertes, non abritées

17%
Constructions abritées largement ouvertes

15%

Bois sec à l’air
Constructions abritées fermées

13%
10%

Bois séché
artificiellement

Utilisation en local clos et chauffé
Utilisation en local clos et chauffé en continu

8%

50% 65% 75% 80% 90% 100%

Humidité de l’air
à 20°C

Mesure du taux d'humidité du bois

Propriétés du bois

24

POIC BIB - Matériau Bois

2.2 Hygroscopie (3)
Variations dimensionnelles (1)
• Rétractibilité

r

Coefficients de retrait en % (par % d’humidité)
αa ≤ 0.01
a
α = αa + αr + αt = rétractibilité volumétrique
0.06 ≤ αr ≤ 0.3
0.17 ≤ αt ≤ 0.4
α < 0.35
0.35 ≤ α ≤ 0.55
α > 0.55
t
peu nerveux
nerveux
très nerveux

Hiver
H=21%

Eté
H=12%

Faces de direction indéterminée :
α90 = (αa + αt) / 2

Propriétés du bois

Banque de données des essences :
bois-construction.org

Sapin
H=20%

Peuplier
Red cedar
Sapin
Epicéa
Douglas
Pin sylvestre
Hêtre
Mélèze
Chêne
Robinier
Azobé
Teck

αr

αt

0.15
0.08
0.14
0.17
0.17
0.17
0.25
0.16
0.15
0.16
0.31
0.14

0.28
0.22
0.31
0.31
0.27
0.31
0.42
0.32
0.32
0.35
0.40
0.27

Nervosité
N
PN
N
N
N
N
TN
N
N
N
TN
N

Stabilité
MS
MS
S
MS
S
MS
PS
MS
MS
PS
PS
TS
25

POIC BIB - Matériau Bois

2.2 Hygroscopie (4)
Variations dimensionnelles (2)
• Stabilité géométrique des sections droites
Dosse (tuilage)

Incidence sur
• Planchers.
• Bardages.
• Bois lamellé-collé.
• etc ...

• Fissuration des éléments
Fissuration
sauvage
Fissuration
imposée

• Fissuration des assemblages

• Stabilité géométrique des éléments

εu = αa ∆Hu 100
εb = αa ∆Hb 100

Propriétés du bois

26

POIC BIB - Matériau Bois

2.3 Comportement mécanique (1)
Masse volumique
• Paramètre primordial du comportement mécanique
• Exemples (kg/m3 - H=15%)
Balsa
Peuplier
Orme
Hêtre
Châtaigner
Chêne
Robinier
Olivier
Azobé
Ebène

100 - 250
400 - 500
550 - 650
550 - 650
550 - 650
650 - 750
650 - 750
750 - 1000
1000 - 1100
1050 – 1250

Red cedar
Sapin
Epicéa
Douglas
Pins
Mélèze

400 – 500
400 – 500
400 – 550
500 - 600
500 – 600
600 - 700

• Incidence du taux d'humidité :
Propriétés du bois

• Appellations commerciales (H=15%)
Feuillus

Résineux
ρ (kg/m3)

Très lourd
1000

Lourd
800

Mi-lourd

Très lourd
700

Lourd

650
600

Léger

Mi-lourd
500

Très léger

500
400

Léger
Très léger

 (1 − α )(H2 − H1) 
ρH2 = ρH1 1 +

100


27

POIC BIB - Matériau Bois

2.3 Comportement mécanique (2)
Orthotropie à symétrie cylindrique (1)

a

• Comportement élastique idéal

 εa 
ε 
 r
 εt 
 
 γ rt 
 γ at 
 
 γ ar 

γ ra γ ta
 1



0 0 0 
 E
Er E t
 a

γ
γ
1
ar
tr
−

0 0 0   σa 
 E a Er

Et
 γ
  σr 
γ rt 1
at

0 0 0  
−
E a Er E t
  σt 
=

  τrt 
1
0
0
0 0  
 0
Grt

  τat 
 
1
 0
0
0 0
0  τar 


Gat

1 
 0

0
0 0 0
Gar 


r
avec

t

γ ra γ ar γ ta γ at γ tr γ rt
=
;
=
;
=
Er E a E t E a E t Er

• Valeurs expérimentales des coefficients d'élasticité (40 échantillons de résineux H=12%)
Er
(MPa)

Min
120
Max
1720
Moyenne 900
CoV (%) 36
Propriétés du bois

Et

Ea

Grt

Gat

Gar

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

5610
19000
12082
32

22
173
78
57

301
930
721
23

322
1780
782
34

304
1090
588
38

νtr

νrt

νat

νta

νra

0.18
0.58
0.31
27

0.06
0.81
0.48
28

0.28
0.95
0.47
32

0.01
0.06
0.02
50

0.01
0.11
0.03
60

νar d=ρ/1000
0.25
0.73
0.41
26

0.31
0.59
0.41
18
28

POIC BIB - Matériau Bois

2.3 Comportement mécanique (3)
Orthotropie à symétrie cylindrique (2)
• Incidence de la masse volumique

• Relations statistiques (40 échantillons)

Module axial Ea (MPa)

20000
17500
15000
12500
10000
7500
5000
0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

Densité

Corrections pour H≠12%
Ea(H) = Ea(12) [1 – 0.015 (H-12)]
Gat(H) = Gat(12) [1 – 0.030 (H-12)]

• Exemples (H=15%)

Sapin
Epicéa
Red cedar
Douglas
Pin Mar.
Pin Syl.
Mélèze
Propriétés du bois

Résineux à H=12% pour 0.3 ≤ d ≤ 0.6 - MPa Ea = 13100 + 41700 (d-0.45)
Gat = 745 + 989 (d-0.45)
Gar = 861 + 2080 (d-0.45)
Feuillus à H=12% pour 0.3 ≤ d ≤ 1.3 - MPa Ea = 14400 (d / 0.65)1.03
Gat = 971(d / 0.65)1.26
Gar = 1260 (d / 0.65)1.14

densité

Ea (MPa)

0.45
0.45
0.45
0.55
0.55
0.55
0.65

12000
11000
8000
12000
9000
12000
12500

Peuplier
Châtaignier
Hêtre
Chêne
Robinier
Doussié
Azobé

densité

Ea (MPa)

0.45
0.60
0.60
0.70
0.70
0.75
1.05

8500
8500
14000
12500
11000
13700
17400

Moyennes avec une
dispersion importante

29

POIC BIB - Matériau Bois

2.3 Comportement mécanique (4)
Relation de comportement et mode de ruine (1)

Contrainte

• Sens axial (sens du fil – relation de comportement mono-axiale simplifiée)
Compression fc,0
Rupture ductile non localisée (glissement et flambement des fibres)
Forte influence de l'humidité (ponts hydrogènes)
Traction ft,0
Rupture fragile localisée (déchirement des fibres)
Faible influence de l'humidité

fc,0

Déformation

Flexion fm
Rupture ductile ou fragile selon le rapport ft,0 / fc,0

ft,0
• Sens transversal (perpendiculaire au fil)

Compression fc,90 : pincement des fibres
Traction ft,90 : déchirement interpariétal

• Cisaillement longitudinal fv

Glissement des fibres

• Quelques valeurs de résistances

Propriétés du bois

Traction
Axiale
Trans.

Flexion

(MPa)

Compression
Axiale
Trans.

densité
moyenne

Sapin
Epicéa
Douglas
Pins
Chêne

40 - 55
40 - 55
45 - 70
45 - 65
50 - 70

80 - 100
80 - 100
80 - 110
85 - 110
85 - 115

60 - 80
60 - 80
70 - 100
75 - 110
90 - 110

0.45
0.45
0.55
0.55
0.70

6-8
6-8
7-9
7-9
15 - 20

1.5
1.5
1.8
1.8
4

30

POIC BIB - Matériau Bois

2.3 Comportement mécanique (5)
Relation de comportement et mode de ruine (2)
• Incidence du caractère visco-élastique
Modèle avancé élémentaire dans le sens axial : Kelvin-Voigt
EVE(H)
σ

EE(H)

εE
σ(t ) = Β(H)Eref ε(t ) + Α(H) ηref

t

σ
η(H)

ε(t ) = εE + ε VE (t ) = ∫0 J(τ)
J(τ) =

∂σ

∂τ

1
1 
 E (H)  
1 − exp − VE
+
τ  
EE (H) E VE (H) 
η(H)  


εVE(t)
d ε(t )
dt

E0

σ
=
ε

1
+
k
(
H
)

def

fk
f =
 kmod (T,H)

Dispositions réglementaires (Eurocode 5)
Effet du fluage : augmentation des déformations (à long terme), coefficient kdef(H)
Effet de la durée d'application T des actions : réduction des résistances, coefficient kmod(T,H)

Propriétés du bois

31

POIC BIB - Matériau Bois

3.1 Insectes (1)
Insectes à larves xylophages
• Consommation de la cellulose et des hémicelluloses
• Détection facile (capricornes) à difficile (bostryches) : trous, sciure
• Dégradation structurelle des bois
• Principaux insectes :
Capricorne (résineux) ou hespérophane (feuillus)
Vrillettes (résineux et feuillus)
Bostryches (résineux – bois vert)

• Conditions de développement :
10%<H<30%
T>10°C
T>10 C
densité du bois

J ’y suis,
j’y reste !

Oeuf

Larve

Adulte sexué

Nymphe

Insectes nidificateurs
• Pas de consommation
• Dégradation structurelle des bois
• Principaux insectes : fourmis, abeilles charpentières, guêpes, frelons
Préservation du bois

32

POIC BIB - Matériau Bois

3.1 Insectes (2)
Infestation des termites

Termites : 3 espèces équatoriales sont installées
- termite de Saintonge (reticulitermes santonensis)
- termite lucifuge (reticulitermes lucifugus)
- termite flavicolle (kalotermes falavicollis)
Consommation : tout produit contenant de la cellulose.
Recherche de nourriture : odorat et gravité.
Repérage difficile : pas de trous, déplacement dans le sol
et dans des cordonnets en boue séchée.
Habitat : termitière dans le sol (profondeur 3 - 5 m) pour
reticulitermes et dans le bois pour kalotermes.
Arsenal législatif :
Loi n° 99-471 du 8 Juin 1999 "tendant à protéger les
acquéreurs et propriétaires d'immeubles contre les
termites et autres insectes xylophages"

Préservation du bois

Article L.112-17 du Code de la Construction et de
l'Habitat

33

POIC BIB - Matériau Bois

3.1 Insectes (3)
Prévention des dégradations dues aux insectes
• Utilisation d'essences à durabilité naturelle conférée (EN 350)
Termite
Capricorne
Hespérophane

doussié, teck, robinier, iroko, azobé
douglas, red cedar, mélèze, pins – duramen uniquement
chêne, châtaignier

• Dispositions constructives adéquates
Identiques à celles concernant l'attaque cryptogamique car elle favorise l'attaque par les
insectes
Eviter la fissuration de retrait des pièces de bois (zone préférentielle de ponte)
Termites : utilisation de collerettes sur les canalisations, de bavettes sous les seuils, utilisation
d'un film polyéthylène termicide et répulsif (Termifilm – CECIL)

[ Images : Site Termifilm ]

• Traitement du bois
Identique à celui concernant l'attaque cryptogamique.

Préservation du bois

34

POIC BIB - Matériau Bois

3.2 Cryptogames

(1)

Principaux champignons lignivores
• Moissures, bleuissement (dégradation superficielle)
• Echauffures, pouritures (dégradation profondes)
Conditions de développement :
10%<H<30%
T>10 C

Prévention des dégradations dues aux champignons (1)
• Utilisation d'essences à durabilité naturelle conférée (EN 350)
1 : très durable
2 : durable
3 : moyennement durable
4 : faiblement durable
5 : non durable

doussié, teck, robinier, iroko, azobé
azobé, châtaignier, chêne, red cedar
sipo, noyer, douglas, mélèze, pins
épicéa, sapin, orme
aulne, bouleau, charme, hêtre, peuplier

• Dispositions constructives adéquates
Limiter l'humidité de l'air, ventiler les bois d'extrémité (à porosité débouchante)
Eviter le contact des bois d'extrémité avec l'eau, éviter le contact avec l'eau stagnante
Evacuer l'eau ruisselante (éviter les pièges à eau, surtout au niveau des assemblages)
Eviter le contact avec le sol
Préservation du bois

35

POIC BIB - Matériau Bois

3.2 Cryptogames

(2)

Prévention des dégradations dues aux champignons (2)
• Traitement du bois
Protection chimique par produits d'imprégnation fongicides (et insecticides)
Application : badigeon, pulvérisation, trempage, autoclavage
Solutions salines (Chrome Cuivre Arsenic, Chrome Cuivre Bore, Chrome Cuivre Fluor)
Solutions pétrolières (pyréthroïdes, triazoles)
Solutions acqueuses (xylophène)
Huiles naturelles (créosote : issue de la distillation de la houille)

Forte
nocivité

Faible
nocivité

Protection par oléothermie (imprégnation à chaud d'huiles végétales)
Protection par rétification (réticulation par torréfaction du bois)

Classification pour le choix d'une essence (1)
• Classes de risque (EN 335)
Classe
1
2
3
4
5

Préservation du bois

Humidité

Champignons

Insectes

Exemples

< 20%
aucun
tous
parquets, menuiseries int,
occasionellement > 20%
piqûres noires
tous
charpentes
fréquemment > 20% pourritures superficielles
tous
bardages, menuiseries ext,
> 20%
pourritures profondes
tous
mâts, passelles, ponts
> 20% (eau de mer)
pourritures profondes térébrants marins
pontons, jetées

36

POIC BIB - Matériau Bois

3.3 Cryptogames

(3)

Classification pour le choix d'une essence (2)
• Classes de durabilité (EN 350)
• Classes d'imprégnabilité (EN 350)
1 : imprégnable
2 : assez imprégnable
3 : peu imprégnable
4 : non imprégnable

facile à traiter (pénétration à cœur sous pression)
assez facile à traiter (6 mm de pénétration après 2 à 3 h sous pression)
difficile à traiter (3 à 6 mm de pénétration après 3 à 4 h sous pression)
impossible à traiter (imprégnation superficielle après 3 à 4 h sous pression)

• Exigences de traitement (EN 351)
Classe
de risque

Classe
d'imprégnabilité

1-2
3
4-5

1-4
1-3
1

Type de
traitement
Superficiel (0 à 3 mm) - Trempage, pulvérisation
Superficiel à semi profond (1 à 6 mm) - Trempage, autoclave
Profond (à cœur) - Autoclave, vide et pression

Utilisation de quelques essences – Duramen uniquement
Epicéa
Sapin
Pins
Douglas
Chêne
Préservation du bois

Cl. 1
oui *
oui
oui
oui
oui

Cl. 2
oui *
oui *
oui
oui
oui

Cl. 3
non
oui *
oui
oui
oui

Cl. 4
non
non
non
oui *
oui *

oui : essence utilisable sans traitement
oui * : essence utilisable avec traitement
non : essence non utilisable

37

POIC BIB - Matériau Bois

3.3 Feu

(1)

Comportement du bois au feu
• Situation d'incendie : critères et réactions du bois
Départ d'incendie : combustibilité, inflammabilité
bois = matériau combustible
bois = matériau inflammable (classement au feu M3 ou M4 en fonction de l'épaisseur)
Développement de l'incendie : vitesse de combustion, capacité calorifique, tenue au feu
bois = matériau à vitesse de combustion constante (fonction de la densité)
bois = matériau de chauffage (fonction de la densité)
bois = matériau dont les caractéristiques mécaniques sont invariantes avec la température

• Combustion du bois : phénomène stable (éléments de structure)

[ Images : CD CNDB ]

Formation immédiate de charbon de bois au contact d'une flamme
Départ de l'eau et des gaz de la zone pyrolisée
Stabilité mécanique et géometrique de la zone intègre

Préservation du bois

1000°C
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0

8 7 6 5 43210

38

POIC BIB - Matériau Bois

3.3 Feu

(2)

Vitesse de combustion
Résineux
ρk < 290 kg/m3 :
ρk ≥ 290 kg/m3 :
Feuillus
290 kg/m3 ≤ ρk < ρk1 :
ρk ≥ ρk1 :

β0 = (290 / ρk)0.5 β1
β0 = β1
β0 = β2
β0 = β3

ρk1
β1
β2
β3

Calcul
sans arrondi
450 kg/m3
0.8 mm/min
0.7 mm/min
0.5 mm/min

Calcul
avec arrondi
350 kg/m3
0.64 mm/min
0.67 mm/min
0.54 mm/min

Arrondi dû à la combustion
R = 20 mm pour tf = 30 min
R = 50 mm pour tf = 120 min
R < min (hr/2; br /2)

Principe de vérification
Combinaison d'actions en situation accidentelle
Réduction de la section : br = b – 2 β0 Tf

Préservation du bois

39

POIC BIB - Matériau Bois

4.1 Classement des bois de sciage (1)
Dénomination des classes : résineux Cfm, feuillus Dfm, fm=résistance en flexion
Critères possibles de classement : corrélation statistique entre critères et paramètres
Flexion
Compression
Traction

Diamètre nœuds
-0.5
-0.6
-0.4

Pente fil
-0.2
-0.2
-0.1

• Classement visuel (EN 518, NF B 52-001)
STI
STII
STIII

[ Images : Site Ey etec ]

Largeur des cernes
Diamètres des nœuds
Pente du fil

Largeur cernes
± 0.4
0.5
0.5

Masse volumique Module élastique
0.5
0.75
0.5
0.75
0.6
0.75

• Classement machine (EN 519, EN 408)
Module élastique axial

Essai non destructif
DF=F2-F1
Dw=w2-w1

E0* ( ≥ E0.m )

moins de 3.5% de rupture sous
Correspondance
pour les
résineux
Fiabilisation du bois

NF B52-001
STI
STII
STIII

EN 338
C27, C30
C24
C18

Essai destructif
Fmax

fm,k* = ks fm,05*

( ≥ fm,k )
40

POIC BIB - Matériau Bois

4.1 Classement des bois de sciage (2)
Classes de résistance du bois massif - BM - (EN338, EN 384)

Fractile 5% ((MPa)

C18

C22

C24

C27

C30

D30

D35

D40

D50

D60

Flexion fm,k

18

22

24

27

30

30

35

40

50

60

Traction axiale ft,0,k
Traction transversale ft,90,k
Compression axiale fc,0,k
Compression transversale fc,90,k

11
0.5
18
2.2

13
0.5
20
2.4

14
0.5
21
2.5

16
0.6
22
2.6

18
0.6
23
2.7

18
0.6
23
8.0

21
0.6
25
8.4

24
0.6
26
8.8

30
0.6
29
9.7

36
0.6
32
10.5

Cisaillement fv,k

2.0

2.4

2.5

2.8

3.0

3.0

3.4

3.8

4.6

5.3

Masse vol. caract. ρk (kg/m3)

320

340

350

370

380

Masse vol. moy. ρm (kg/m3)

380

410

420

450

460

530
640

560
670

590
700

650
780

700
840

Modules élastiques - BM - (EN 338)
(GPa)

C18 C22 C24 C27 C30

D30 D35 D40 D50 D60

Axial E0,m
9 10 11 11.5 12
10 10 11 14
Transversal E90,m
E90,m = E0,m / 30
E90,m = E0,m / 15
Axial caractéristique E0,k
E0,k = 0.67 E0,m
Cisaillement Gm
Gm = E0,m / 16
Cisaillement caractéristique Gk
Gk = E0,k / 16

Fiabilisation du bois

17

41

POIC BIB - Matériau Bois

4.2 Normalisation pour la construction
Classes de résistance : EN 338, EN 384
Produits dérivés du bois : EN 1194
Eurocode 5 : EN 1995
Réglementation semi-probabiliste
Prise en compte de l'incertain : valeurs caractéristiques de propriétés physiques (résistances
et modules), valeurs caractéristiques des actions, combinaison d'actions, états limites
Exigence de fiabilité structurale : probabilité de défaillance ≤ probabilité cible
Exigence de durabilité : traitement du bois et disposition adéquates

4.3 Normalisation pour la préservation
Classes de risques :EN 335
Classes de durabilité, classe d'imprégnabilité : EN 350
Exigence de traitement : EN 351

Fiabilisation du bois

42

POIC BIB - Matériau Bois

5.1 Panneaux
Obtention de la matière ligneuse : déroulage. déchiquetage. broyage. défibrage de bois d'industrie
Fabrication : étuvage, séchage, encollage, pressage
Utilisation : plancher, toiture, gousset, âme de poutre, contreventement, bardage

[ Images : CD CNDB ]

Contreplaqué (CTB-X. CTB-C)
Matière première : feuilles obtenues par déroulage
Comportement orthotrope (homogénéisé)

Particules (CTB-H. CTB-RH)
Matière première : particules obtenues par déchiquetage
Essences : épicéa. pin. hêtre
Comportement isotrope

Fibres (MDF : Medium Density Fiber)
Matière première : fibres obtenues par défibrage. sciures
Essences : épicéa. pin. hêtre. peuplier
Comportement isotrope

Lamelles orientées (OSB : Oriented Strand Board)
Matière première : lamelles obtenues par tranchage
Essences : épicéa. pin. peuplier
Comportement orthotrope
Produits dérivés du bois

43

POIC BIB - Matériau Bois

5.2 Produits structuraux
[ Images : CD CNDB ]

Bois lamifié (LVL : Laminated Veneer Lumber)
Matière première : feuilles obtenues par déroulage
Comportement orthotrope (homogénéisé)

Bois en lamelle longues (PSL : Parallel Strand Lumber)
Matière première : lamelles obtenues par déroulage puis découpage
Essences :épicéa. sapin
Comportement anisotrope (proche bois massif)

• Bois en copeaux longs (LSL : Laminated Strand Lumber)
Matière première : copeaux obtenus par tranchage
Essences : peuplier. hêtre
Comportement anisotrope (proche bois massif)

• Poutres en I à âmes minces droites
Membrures en bois massif. âmes en contreplaqué ou en OSB. liaison collée

Membrures en bois massif. âmes en contreplaqué ou en acier. liaison collée ou mécanique

Produits dérivés du bois

44

POIC BIB - Matériau Bois

5.3 Bois lamellé-collé
Principe : lamelles aboutées par entures collées et collées plat sur plat
e = (28 ; 33 ; 38 ; 45) mm
b = (85 ; 110 ; 135 ; 160 ; 190 ; 210) mm
Le = 15 mm (excep. 50 mm)
Possibilité de cintrage des éléments

Formes courantes

Arc à 2 articulations

Arc à 3 articulations

Portique à 3
articulations

Poutre à double décroissance
à intrados courbe
Produits dérivés du bois

Poutre à double courbure
45




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