etude de faisabilité de lamellé-collé endémique en guyane française
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Université des Antilles et de la Guyane
Faculté de Génie Civil
École doctorale pluridisciplinaire :
Santé, Environnement et Sociétés dans les Amériques
Thèse pour le doctorat en Génie mécanique
BOURREAU Damien
Etude de faisabilité de lamellé-collé endémique
en Guyane Française
Sous la direction de Bernard THIBAUT
Soutenue le 16 Décembre 2011 à Cayenne N : [0000AGUY0000]
Jury :
Bernard THIBAUT, Directeur de recherche émérite, CNRS, UMR Ecofog,
Président
Pascal TRIBOULOT, Pr, Université de Nancy 1, UQAC, Rapporteur
Rémy MARCHAL, Pr, Labomap, Arts et Métiers ParisTech Cluny, Rapporteur
Isabelle BONJOUR, Dr, Maison de la Forêt et des Bois de Guyane, CCIG,
Examinateur
Yamina AIMENE, MCF, UAG, UMR Ecofog, Examinateur
Jacques BEAUCHENE, Chargé de Recherche, CIRAD, UMR Ecofog, Examinateur
Ouahcène NAIT-RABAH, MCF, UAG, UMR Ecofog, invité
Eric BERLIOZ, Directeur d’entreprise, DUCLOUX S.A., VINCI Construction, invité
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“The first revolution is when you start to change your mind
about how you look at things”- Fela Anikulapo-Kuti
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Remerciements
Je profite de cette page pour remercier Bernard Thibaut et Eric Berlioz qui m’ont fait confiance
durant ces trois années pour mener à bien ce projet. Un grand et chaleureux merci à Jacques
Beauchêne pour son aide, sa proximité et ses conseils. Grand merci aussi à Yamina Aimène pour
avoir partagé ses connaissances sur la modélisation numérique et ses nombreux conseils quant à
l’écriture et à la communication scientifique. Merci à Ouahcène Nait-Rabah pour m’avoir aidé sur
la mécanique et modélisation. Merci à Guillaume Legrand et Patrice Garcia de m’avoir accueilli
dans leur laboratoire pour réaliser les essais de mouillabilité. Merci encore à Thomas Mangenet
pour l’aide fournie sur la partie statistique.
Je tiens aussi à remercier les différentes personnes que j’ai pu côtoyer durant mon travail, l’équipe
de CBCI (Jérémy, Sébastien, Teddy, Tito, Thomas et les autres), les doctorants et autres chercheurs
de l’UMR Ecofog (Hélène, Raphaëlle, Jean-Michel, Guillaume, Julien, Koese…) et l’équipe du
FCBA que j’ai pu côtoyer lors de mon séjour à Bordeaux.
Enfin, un très grand merci à toutes les personnes qui m’ont supporté. Merci à Gaëlle, Samo, La
Chaum’, Pikdismi, les LS etc… qui ont su me remonter le moral dans les moments les plus
difficiles.
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Résumé
Une étude de faisabilité de poutres en bois lamellé-collé a été menée en Guyane Française en
utilisant les essences locales. Le but est de déterminer les paramètres de collage assurant la bonne
résistance mécanique des assemblages par lamellation et par aboutage, nécessaires à la fabrication
de poutres en bois lamellé-collé en climat tropical. Trois essences de bois abondantes de différentes
densités ont été sélectionnées. Les adhésifs de types Mélamine-Urée-Formol et Résorcinol-Phénol-
Formol ont été utilisées. Les paramètres de collage considérés sont : le grammage, le temps
d’assemblage fermé et la pression.
En utilisant les normes Européennes, plusieurs campagnes de tests ont été conduites sur des
échantillons normalisés. Concernant le collage par lamellation, des tests élémentaires de
délamination et de cisaillement des joints de colle ont été réalisés. Le test de délamination consiste
en deux cycles d’immersion dans l’eau sous pression et de séchage, il induit de sévères variations
d’humidité du bois susceptibles de créer des ouvertures des joints de colles. Le collage par aboutage
est réalisé sur des poutres normalisées aboutées. Les entures sont obtenues grâce à un outillage
standard communément utilisé pour les résineux.
Les résultats ont mis en évidence l’influence des propriétés du bois et des paramètres de collage sur
la résistance du joint et la résistance mécanique du produit. En effet, les paramètres du bois, tels que
la densité, la rétractibilité et l’imprégnation, ont une forte influence sur le collage, en particulier sur
la pression et le grammage nécessaires à la production d’un produit commercialisable. Il apparait
qu’un bois de densité moyenne et poreux nécessite un grammage et une pression élevés comparé à
un bois de densité élevée qui nécessite des valeurs moindres. Aussi, l’influence d’autres paramètres
de fabrication, tels que le rabotage, l’encollage double face et simple face ainsi que l’épaisseur des
lamelles, a été établie. Par contre il semblerait que le matériel communément utilisé pour l’aboutage
des résineux n’est pas adapté aux feuillus tropicaux.
En final, des paramètres de collage ont été validés pour la fabrication de lamellé-collé endémique en
Guyane Française et une étude du coût de production d’une poutre lamellé-collé standard a identifié
les conditions économiques d’une fabrication en Guyane Française.
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Abstract
A feasibility study of glued-laminated timber beams was carried out in French Guiana using local
wood species. The aim of the study was to evaluate the gluing parameters that could ensure good
mechanical properties for the manufactured glued-laminated beams in tropical climates. Three
abundant wood species with different specific gravity were selected for the study. Melamine-Urea-
Formaldehyde and Resorcinol-Phenol-Formaldehyde resins were used for gluing. The three gluing
parameters considered are: adhesive spread rate, closing assembly time and gluing pressure.
Using European standards, several laboratory tests were performed on normalized samples. The
evaluation of a successful lamella’s gluing was done by using elementary tests of delamination and
shearing. A delamination test consists of two cycles of water immersion at high pressure and drying
which induces severe hygroscopic variation in wood thus causing joints opening. The finger-joints
are made using a standard tool usually used for cutting softwoods.
The performed tests revealed the influence of wood properties and the gluing parameters on the
joint resistance and the mechanical properties of the product. Results show that wood properties
such as specific gravity, shrinkage coefficient, and permeation, have a high degree of influence on
the gluing step especially on the gluing pressure and on the adhesive spread rate needed to produce
a commercial product. Furthermore, wood with medium specific gravity needs more adhesive and
more pressure than the one with high specific gravity. Additionally, the effects of other
manufacturing parameters, such as planning, double or simple side glue spreading and lamellae
thicknesses, on the glue joint resistance were demonstrated. Finally, the common tools used for
softwoods are not adapted to making the finger joints with tropical hardwoods.
In conclusion, optimal gluing parameters for manufacturing glued-laminated timber beams in
French Guiana were established and an economical study using standard glued-laminated timber
beams revealed the economic conditions under which a successful manufacturing of these local
beams can be implemented in French Guiana.
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Avant-Propos
Grâce à son esthétisme et sa forte résistance mécanique auquel s’ajoute une demande croissante sur
le marché guyanais, l’entreprise de charpente, CBCI, s’est naturellement intéressée à la possibilité
d’investir dans l’implantation d’une ligne de production de lamellé-collé en Guyane française. Ce
projet vient en outre, renforcer les décisions politiques locales portant sur la valorisation de la
ressource bois locale dans la construction en Guyane Française.
Ainsi un partenariat a été réalisé entre l’entreprise le CBCI et l’unité mixte de recherche Guyanaise
l’UMR ECOFOG dans le cadre d’une thèse CIFRE. L’objectif est d’étudier la faisabilité du
lamellé-collé en Guyane française, tout en utilisant la ressource locale.
Cette étude contribue à l’amélioration des connaissances actuelles quant à la compréhension du
collage structural sur des essences guyanaises, en climat néo-tropical.
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Table des matières
INTRODUCTION ..................................................................................................... 14
CHAPITRE 1: Etat de l’art ...................................................................................... 17
1.1 Forêt et filière bois en Guyane Française ................................................... 17
1.1.1 La forêt guyanaise .................................................................................. 17
1.1.2 La filière bois en Guyane ....................................................................... 18
1.2 Le matériau bois............................................................................................ 21
1.2.1 Le bois matériau multi-échelles............................................................. 21
1.2.2 Le bois et l’humidité ............................................................................... 24
1.2.3 Durabilité du bois ................................................................................... 26
1.2.4 Comportement mécanique du bois ....................................................... 27
1.2.5 Influence des défauts du bois sur son comportement mécanique ...... 31
1.3 Le bois reconstitué par collage .................................................................... 36
1.3.1 Quelques produits bois reconstitués par collage ................................. 37
1.3.2 Le collage du bois .................................................................................... 38
1.3.3 Théorie de l’adhésion bois/colle ............................................................ 41
1.4 Le lamellé-collé dans les tropiques .............................................................. 44
1.4.1 Processus de fabrication du lamellé-collé ............................................. 44
1.4.2 Les problèmes des bois tropicaux et du climat .................................... 46
1.5 Conclusion de l’état de l’art ......................................................................... 51
8
CHAPITRE 2: Conception et caractérisation normalisées des poutres en bois
lamellé-collé ............................................................................................................... 52
2.1 Tests de validation de l’assemblage par collage ......................................... 52
2.1.1 Test de délamination suivant la norme NF EN 391 ............................ 53
2.1.2 Test de cisaillement suivant la norme NF EN 392 ............................... 54
2.1.3 Validation d’un assemblage par aboutage ........................................... 55
2.2 Tests de caractérisation des poutres homogénéisées ................................. 60
2.2.1 Caractérisation en flexion 4 points suivant la norme NF EN 408 ..... 60
2.2.2 Détermination du module de cisaillement ............................................ 62
CHAPITRE 3: Partie expérimentale ....................................................................... 64
3.1 Matériels et méthodes ................................................................................... 64
3.1.1 Choix des matières premières et des conditions de collage ................ 64
3.1.2 Descriptif de la presse utilisée ............................................................... 68
3.1.3 Réalisation des échantillons ................................................................... 70
3.1.4 Descriptif du matériel utilisé pour les mesures de mouillabilité ........ 74
3.1.5 Campagnes expérimentales ................................................................... 75
3.2 Validation de la presse .................................................................................. 81
3.3 Validation d’un collage structural par lamellation ................................... 84
3.3.1 Préconisation pour le collage par lamellation...................................... 84
3.3.2 Analyse des essais de collage .................................................................. 85
3.3.3 Campagne de validation des conditions de collage ........................... 104
3.4 Validation d’un collage structural par aboutage ..................................... 113
3.4.1 Difficulté de réalisation des aboutages ............................................... 113
3.4.2 Validation et caractérisation mécaniques des aboutages ................. 116
9
3.5 Etude de l’aptitude au collage des essences guyanaises .......................... 122
3.5.1 Etude de la porosité .............................................................................. 124
3.5.2 Etude de la mouillabilité ...................................................................... 129
3.5.3 Conclusion sur l’aptitude au collage des essences guyanaises ......... 132
3.6 Récapitulatif et analyse des paramètres de collage ................................. 133
CHAPITRE 4: Etude économique ......................................................................... 142
4.1 Hypothèses de calcul ................................................................................... 142
4.2 Méthode de calcul ....................................................................................... 143
4.3 Résultats de l’étude économique ............................................................... 144
4.3.1 Calcul des quantités unitaires ............................................................. 144
4.3.2 Influence de l’épaisseur des planches sur les quantités unitaires .... 146
4.3.3 Etude comparative Guyane / France hexagonale .............................. 149
4.4 Récapitulatif ................................................................................................ 151
4.5 Conclusion de l’étude économique ............................................................ 152
CONCLUSION GENERALE ................................................................................ 153
Bibliographie ............................................................................................................ 157
Annexe : Resultats de l’étude menée au FCBA, antenne de BORDEAUX ....... 162
10
Table des figures
Figure 1: Coupe transversale d'un tronc d'arbre ................................................................................. 22 Figure 2: Vue en 3D d’un résineux (a) et vue de la section transversale d’un feuillu (b) ................. 23 Figure 3: Vue de la section transversale d’un feuillu poreux (a), semi-poreux (b) et à pores diffus (c)
........................................................................................................................................... 23 Figure 4: Représentation schématique d’une fibre ............................................................................ 24 Figure 5 : Schéma des déformations possibles du bois lors de son séchage ...................................... 25 Figure 6: Schéma de l’orientation des directions principales du bois ................................................ 27 Figure 7: Comportement théorique du bois en traction/compression dans la direction longitudinale
........................................................................................................................................... 29 Figure 8: Diagramme des contraintes dans une poutre droite soumise à un effort croissant jusqu’à la
rupture [26] ........................................................................................................................ 30 Figure 9: Influence des nœuds sur la résistance à la flexion .............................................................. 31 Figure 10: Observation du bois de tension pour l’Eperua falcata (J. Ruelle) .................................... 32 Figure 11: Effet de la densité sur une propriété mécanique sur l’ensemble de 200 essences ............ 34
Figure 12 : Illustration de la mouillabilité du bois [71] ..................................................................... 43 Figure 13 : Schéma d’un aboutage par entures multiples [76] .......................................................... 45
Figure 14: Dimensions des échantillons de délamination (a) et de cisaillement (b) en (mm) ........... 52 Figure 15: Principe mécanique du test de cisaillement ...................................................................... 54 Figure 16: Dispositif d’essai pour mesurer le module local d’élasticité en flexion de l’aboutage sur
chant (NF EN 408) ............................................................................................................ 56 Figure 17: Dispositif d’essai pour mesurer le module local d’élasticité en flexion de l’aboutage à
plat (NF EN 408) ............................................................................................................... 57
Figure 18: Schéma de l’aboutage utilisé ............................................................................................ 58
Figure 19: Schéma de l’écrasement de l’enture mâle lors d’un emboitement « à toc » .................... 59 Figure 20: Dispositif d’essai pour mesurer le module local d’élasticité de la poutre homogénéisée
(NF EN 408) ...................................................................................................................... 60
Figure 21 : Dispositif d’essai pour mesurer le module global d’élasticité de la poutre homogénéisée
(NF EN 408) ...................................................................................................................... 61
Figure 22 : Schéma d’une poutre rectangulaire sur deux appuis chargée en flexion en 2 points ...... 62 Figure 23 : Schéma d’une poutre sur deux appuis soumise à une rotation ........................................ 63 Figure 24 Schéma du bâti de serrage utilisé pour le collage des échantillons ................................... 69
Figure 25 Quelques appareillages contraignants des lamelles pour les tests de délamination .......... 70 Figure 26 : Mode de débit des poutres pour l’échantillonnage des tests (exemple d’une poutre en P.
venosa) ............................................................................................................................... 72 Figure 27: Schéma d'un aboutage sans épaulement ........................................................................... 72
Figure 29: Encollage de l’aboutage ................................................................................................... 73 Figure 28: Dispositif pour le serrage des aboutages .......................................................................... 73 Figure 30: Dispositif mis en place pour la mesure de l’angle de contact ɵ ....................................... 75
Figure 31: Echantillon présentant une variation d’épaisseur du joint de colle .................................. 76 Figure 32 : Répartition de la pression à l’interface lame/lame au niveau du premier joint de collage
avec les martyrs en T. serratifolia ..................................................................................... 82 Figure 33: Répartition de la pression à l’interface lame/lame au niveau du premier joint de collage
avec les martyrs en acier .................................................................................................... 82
11
Figure 34 : Répartition de la pression à l’interface lame/lame au niveau du premier joint de collage
avec les martyrs en HEA de 120. Cas de 3 lames (a) et de 6 lames (b) ............................ 83 Figure 35: Taux de délamination en fonction des grammages .......................................................... 86 Figure 36: Image d’un joint de colle au microscope (x100) .............................................................. 87
Figure 37: Taux de délamination en fonction des grammages pour des TAF de (a) 5 min, (b) 10 min
et (c) 20min........................................................................................................................ 90 Figure 38: Taux de délamination en fonction des TAF pour (a) Q. rosea et (b) D. guianensis ........ 91 Figure 39: Taux de délamination en fonction des grammages pour des pressions de (a) 0.4 MPa, (b)
0.7 MPa et (c) 1 MPa ......................................................................................................... 93
Figure 40: Taux de délamination en fonction des pressions de serrage pour le P. venosa ................ 94 Figure 41: Moyennes des délaminations sur le collage du P. venosa en fonction des niveaux de
serrage, triées par TAF ...................................................................................................... 95 Figure 42: Influence du rabotage sur le collage du Q. rosea via le test de délamination .................. 97 Figure 43: Résultats des taux d’adhérence A (en %) en fonction des essences de bois et des
résistances (fv) ................................................................................................................... 99 Figure 44: Histogramme de répartition des résistances (fv) ............................................................. 100
Figure 45: Histogramme de répartition des adhérences (A) ............................................................ 100 Figure 46: Résultats des taux de rupture R (en %) en fonction des essences de bois et des résistances
(fv) .................................................................................................................................... 101 Figure 47: Ratio des résistances en fonction des contraintes maximales fv relevées : (a) Q. rosea, (b)
P. venosa et (c) D. guianensis et triées par les résultats de délamination (<10% ou >10%)
......................................................................................................................................... 103
Figure 48 : Résultats de délamination pour la validation des paramètres de collage ...................... 106 Figure 49 : Résultats de délamination en fonction de l’appareillage et de l'encollage testés .......... 106 Figure 50 : Délamination en fonction de la température ambiante d’encollage .............................. 107
Figure 51 : Résultats de délamination du D.guianensis encollé en simple face .............................. 108 Figure 52: Contrainte maximale de cisaillement fv relevée sur les joints de colle et le bois massif 109
Figure 53: Taux d’adhérence en fonction des contraintes de cisaillement relevées ........................ 109
Figure 54: Influence de l’encollage en double face sur le collage via le test de délamination pour le
D. guianensis ................................................................................................................... 111 Figure 55: Influence de l’épaisseur des lamelles sur les délaminations .......................................... 113
Figure 56: Photos des éprouvettes d’aboutage réalisées pour la caractérisation mécanique (cas du P.
venosa). ............................................................................................................................ 114 Figure 57: Bâti de serrage pour la réalisation des aboutages ........................................................... 114
Figure 58: Dispositif de serrage pour la réalisation des éprouvettes d’aboutage ............................. 115 Figure 59: Dispositif de flexion 4 points à chant sur une éprouvette aboutée de P. venosa ............ 116 Figure 60: Résultats des modules d’élasticité locaux des échantillons testés à chant et à plat ........ 117
Figure 61: Résultats des flexions à chant et à plat pour les éprouvettes aboutées et celles en bois
massif ............................................................................................................................... 118
Figure 62: Photos (x120) prises par épifluorescence d’un joint de colle pour le Q.rosea (a1), le
P.venosa (b1) et le D.guianensis (c1) ainsi que leur traitement d’image associé
(respectivement a2, b2 et c2) ........................................................................................... 127 Figure 63: Mouillabilité des essences de bois étudiées et témoins .................................................. 129 Figure 64: Mouillabilité des essences tropicales en fonction de leurs débits .................................. 130 Figure 65: Mouillabilité des essences de bois étudiées et témoins non rabotés avant le test .......... 131 Figure 66 : Influence de la pression de serrage et du TAF sur les délaminations, cas du Q. rosea . 133
Figure 67 : Influence de la pression de serrage et du TAF sur les délaminations, cas du P. venosa
......................................................................................................................................... 134
12
Figure 68 : Influence de la pression de serrage et du TAF sur les délaminations, cas du D.
guianensis ........................................................................................................................ 135 Figure 69 : Résultats de délamination en fonction des appareillages, cas du Q. rosea ................... 136 Figure 70 : Analyses par GAM des résultats de délamination pour le Q. rosea .............................. 138
Figure 71 : Analyses par GAM des résultats de délamination pour le P. venosa ............................ 139 Figure 72 : Analyses par GAM des résultats de délamination pour le D. guianensis ..................... 140 Figure 73: Récapitulatif des paramètres des essences étudiés ainsi que des conditions de collage
retenues par la campagne de validation ........................................................................... 141 Figure 74: Pourcentage que représente chaque poste de dépense pour la production d’1m³ de
lamellé-collé en Guyane .................................................................................................. 146 Figure 75: Influence de l’épaisseur des lamelles sur le coût des matières premières et sur les
résultats de délamination ................................................................................................. 147 Figure 76: Décomposition des coûts de matières premières en fonction des épaisseurs des lames 148 Figure 77: Pourcentage que représente chaque poste de dépense pour la production d’1m³ de
lamellé-collé en France hexagonale ................................................................................ 150 Figure 78: Comparaison des coûts totaux déboursés pour la fabrication d’1m³ de lamellé-collé
produit en Guyane ou en France hexagonale .................................................................. 151
13
Liste des tableaux
Tableau 1 : Définition des classes de résistance naturelle du bois [24] ............................................. 26 Tableau 2: Equations correctives des modules d’élasticité en fonction de la densité pour les feuillus
à H=12%.......................................................................................................................... 33
Tableau 3: Equations correctives des modules d’élasticité en fonction de l’humidité ...................... 34 Tableau 4: Recommandations pour le collage de bois difficiles à coller [55] ................................... 48 Tableau 5: Valeurs minimales à atteindre pour un résultat correct de cisaillement .......................... 54 Tableau 6: Liste des essences sélectionnées pour le projet et leurs caractéristiques. ........................ 66 Tableau 7 Avantages et inconvénients des adhésifs choisis pour l’étude .......................................... 67
Tableau 8: Paramètres de collage étudiés .......................................................................................... 68 Tableau 9 : Tableau d’étalonnage de la clé dynamométrique ............................................................ 69
Tableau 10: Récapitulatif des paramètres de collage testés par la 2ème campagne de test ............... 76 Tableau 11: Résultats de délamination des éprouvettes collées à la MUF en fonction des conditions
testées .............................................................................................................................. 76 Tableau 12: Résultats de délamination des éprouvettes collées à la RPF en fonction des conditions
testées .............................................................................................................................. 77 Tableau 13: Récapitulatif des paramètres de collage testés par la 3ème campagne de test ............... 78
Tableau 14: Résultats de délamination des éprouvettes collées à la RPF en fonction des conditions
testées .............................................................................................................................. 78 Tableau 15: Récapitulatif des paramètres utilisés pour les différentes campagnes de collage par
lamellation ....................................................................................................................... 80 Tableau 16: Récapitulatif des paramètres de collage testés pour la première campagne de collage en
RPF .................................................................................................................................. 85
Tableau 17: Définitions des conditions de collage testées pour l’influence du rabotage .................. 97
Tableau 18: Récapitulatif des conditions de collage retenues en fonction des bois ........................ 104 Tableau 19: Comparaison des modules d’élasticité transverses et de la dureté de différents bois .. 114
Tableau 20: Ratio entre les aboutages et le bois massif ................................................................... 119
Tableau 21: Pression à appliquer en fonction de la longueur des entures ....................................... 121 Tableau 22: Porosité théorique des essences de bois ....................................................................... 124
Tableau 23: Indice de conductivité (Ik) des essences guyanaises .................................................... 125 Tableau 24: Récapitulatif du calcul des quantités unitaires pour la fabrication d’1m³ de lamellé-collé
....................................................................................................................................... 145
Tableau 25: Pourcentages de perte matière lors de la transformation en fonction des épaisseurs des
lamelles ......................................................................................................................... 148 Tableau 26: Récapitulatif du calcul des quantités unitaires pour la fabrication d’1m³ de lamellé-collé
....................................................................................................................................... 149
Tableau 27: Récapitulatif des coûts totaux déboursés pour la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé en
D. guianensis ................................................................................................................. 151 Tableau 28: Résultats des tests de délamination réalisés au FCBA par des spécialistes du collage du
bois. ............................................................................................................................... 163
14
INTRODUCTION
Inventé en 1890 par le suisse Otto Hetzer, le bois lamellé-collé consiste à manufacturer un produit
bois reconstitué au moyen de planches de même épaisseur purgées de leurs défauts. Les structures
en bois lamellé-collé ont fait la preuve de leur efficacité technique, économique et écologique dans
des ouvrages de grandes structures. Néanmoins, le comportement mécanique de ces structures en
service est fortement conditionné, au stade de la conception, par le procédé de fabrication et les
paramètres de collage. Lorsque ces conditions sont optimisées, elles garantissent un assemblage
robuste.
A l’heure actuelle, les poutres en bois lamellé-collé sont fabriquées dans les pays tempérés, avec
des essences résineuses. Les techniques sont maintenant bien maîtrisées et des innovations sont
encore à la marge (recherche de colle verte, optimisation du procédé de fabrication etc).
L’implantation d’une chaîne de production de bois lamellé collé en milieu tropical humide nécessite
tout un travail de conception et d’expérimentation sur toute la chaîne d’approvisionnement –
séchage – collage – conditionnement, pour ne pas être condamné à travailler dans des ambiances
climatisées, contrôlées en température et humidité, impossibles à tenir pour des raisons techniques
et économiques. En effet, les températures constamment au-dessus de 20°C et une humidité de l’air
élevée, auxquelles s’ajoutent des bois de caractéristiques mécaniques différentes, rendent peu
compatible les règles de l’art des pays tempérés pour la fabrication du lamellé collé en essences
tropicales et dans une ambiance équatoriale.
L’importation de poutres en bois lamellé-collé en Guyane a beaucoup augmenté ces dernières
années en raison d’une démographie et d’un besoin en construction croissants (établissements
scolaires, hôpitaux…) malgré la présence d’une forêt dense comprenant plus de 96% de son
territoire. Dans un contexte socio-économique grandissant, la fabrication de lamellé collé en
Guyane française, avec des essences de bois est nécessaire, elle est en adéquation avec les volontés
régionales de développement de la filière bois.
15
La fabrication d’un produit reconstitué permet le développement des entreprises de sciage. En effet,
de par l’utilisation de lames de bois de longueur variable et de section identique,
l’approvisionnement d’une ligne de production de bois lamellé collé est extrêmement simplifié.
Cela permettra à des entreprises de première transformation de standardiser certains de leurs
produits, et donc d’optimiser les billions débités en augmentant leur rendement de sciage. Il leur
sera aussi possible de scier des bois dont le diamètre ou les défauts internes empêcheraient la
valorisation de la grume laissée alors sur parc. A l’échelle de toute la Guyane, la production
équatoriale de lamellé-collé structurel en bois local permettrait à la celle-ci de limiter, voire arrêter,
l’importation de produits bois traités avec des sels métalliques (Cuivre Chrome Bore). De plus,
investir ce créneau pour son marché local a d’indéniables avantages écologiques en matière
d’économies d’énergie notamment. Enfin et à l’échelle de toute la France, la région Guyane pourrait
devenir le premier producteur de lamellé collé tropical et l’exportatrice de produits hauts de gamme
vers les pays voisins et autres.
Dans le cadre de la valorisation du bois local dans la construction en Guyane, la fabrication du
lamellé-collé endémique a été envisagée. Une étude de faisabilité a mis en collaboration une
entreprise de charpente et menuiserie (CBCI) et une unité mixte de recherche UMR ECOFOG à
travers ses deux tutelles le CIRAD et le L3MA. Elle a pour but d’identifier les paramètres
industriels nécessaires à la création d’une ligne de production d’un produit lamellé-collé, dans un
climat néotropical non favorable. En effet, les paramètres de collage sont sensiblement affectés par
ce climat. D’une part, une forte hygrométrie influe sur les performances mécaniques du bois ainsi
que sur le processus de prise de l’adhésif et d’autre part, une température élevée accélère la
polymérisation de la résine et diminue sa durée de vie. De plus, l’utilisation de bois tropicaux
amène d’autres problèmes liés aux caractéristiques intrinsèques du matériau : densités importantes,
contrefils marqués, présence d’extractibles, anisotropie élevée, etc.
En raison de la grande variété des bois en Guyane, deux critères ont permis la sélection de trois
essences : un critère d’approvisionnement de la chaine de production lié à la rentabilité de celle-ci et
un critère de faisabilité mécanique lié aux caractéristiques physiques et mécaniques des bois. Ainsi,
trois essences abondantes de bois de densités différentes ont été sélectionnées pour la réalisation de
ce projet, le Q. rosea, le P. venosa et le D. guianensis. Les adhésifs utilisés sont ceux agréés par les
16
normes européennes et préconisés pour les climats chaud et humide, ils sont de types Mélamine
Urée Formol et Phénol Résorcinol Formol. Les paramètres de collage considérés dans cette étude
sont des paramètres industriels: le grammage, le temps d’assemblage fermé et la pression de
serrage.
Afin de valider le paramètres de collages et d’évaluer ainsi la tenue des assemblages, plusieurs tests
ont été conduits, en accord avec les normes européennes en vigueur. Pour les collages par
lamellation, deux tests sont nécessaires (le test de délamination et le test de cisaillement) et pour le
collage par aboutage, c’est le test de flexion 4 points. Le test de délamination consiste en deux
cycles d’immersion dans l’eau sous pression et de séchage d’éprouvettes normalisées, il induit de
sévères variations d’humidité du bois susceptibles de créer des ouvertures des joints de colles et de
disqualifier les paramètres de collage. Le test de cisaillement des joints de colle est effectué sur des
éprouvettes, dans le sens du fil du bois. La validation du collage par aboutage a été réalisé sur des
poutres normalisées aboutées, et suivant deux configurations des poutres, à plat et à chant. Les
entures sont obtenues grâce à un outillage standard communément utilisé pour les résineux. Tous
ces tests permettent de valider les paramètres de collage susceptibles d’assurer une résistance
mécanique du joint de colle et donc une adhérence bois/ résine satisfaisante.
17
CHAPITRE 1: Etat de l’art
1.1 Forêt et filière bois en Guyane Française
1.1.1 La forêt guyanaise
La Guyane française est un département d’outre-mer occupant 84 000 km² de superficie en
Amérique du Sud. Située dans l’ensemble géographique amazonien, cette région est caractérisée par
les 96% de son territoire occupés par la forêt, représentant 8 millions d’hectares, soit 1/3 de la forêt
française. Cela en fait la plus grande forêt domaniale de France et la seule forêt tropicale d’Europe.
En revanche, si grande soit-elle, cette forêt ne représente qu’environ 1% du massif amazonien
auquel elle appartient [1].
Cette ressource forestière est un atout majeur pour cette enclave européenne en Amérique du Sud et
un secteur du bois s’y est développé permettant une ressource économique non négligeable.
Malheureusement, cette forêt tropicale n’est pas des plus faciles à exploiter. En effet, la majorité de
l’espace est encore dans son état primaire, la faible densité de population, les difficultés de
pénétration, l’hétérogénéité et la diversité de la forêt font qu’elle n’a pas subi de transformation
notable par l’homme. Seule une bande côtière de 70 km est exploitée par prélèvements dispersés
(maximum d’abattage de 7 tiges à l’hectare soit 43m³/ha avec en moyenne un prélèvement de 2.5
tiges/ha) [2, 3].
De plus, la vision de la forêt a changé. Des mouvements écologistes dénoncent les abus de l’homme
envers la planète sur les grandes problématiques actuelles telles que la déforestation, l’effet de serre,
l’inégalité riches / pauvres, et rajoutent une contrainte à l’exploitation d’une forêt tropicale. En 1992
à Rio de Janeiro, la « Déclaration sur les Forêts » a été signée par la France qui se doit de mettre en
place une gestion durable de sa forêt équatoriale. En 1964, la France met donc en place un
gestionnaire institutionnel de la forêt, l’Office National des Forêts (O.N.F.). Cet organisme a
élaboré des politiques forestières s’inscrivant dans une gestion durable, tout en respectant le
développement social et économique de ce bien qu’est la forêt. En Guyane, l’ONF gère et préserve
94% de la forêt en déterminant des outils de protection de la biodiversité (50% de la forêt), des
18
forêts récréatives pour le tourisme et l’épanouissement de la population, ainsi que des forêts de
production destinées à l’exploitation pour l’industrie [4].
Cependant, la filière bois reste guidée par la demande locale En effet, 80% des volumes de bois
sortis de forêt sont écoulés sur l’étroit marché guyanais, l’export étant concurrencé par les
concurrents voisins tels que le Brésil et le Surinam.
1.1.2 La filière bois en Guyane Jusqu’au traité de Rio de Janeiro signé par la France, les massifs forestiers destinés à la production
de bois étaient desservis par une seule route forestière principale, financée par l’Etat. Les
concessions étaient alors sous-exploitées car seuls les abords des pistes permettaient une pénétration
aisée en forêt. Malheureusement, ce paramètre est toujours d’actualité avec un relief et une qualité
des pistes défavorables à l’exploitation. En plus de cela, la grande diversité et dispersion des
espèces en forêt limitent le développement de l’industrie de par les faibles rendements
d’exploitation [1, 3].
1.1.2.1 L’exploitation forestière A l’heure actuelle, trois espèces constituent à elles-seules les deux tiers du volume exploité par la
vingtaine d’entreprises d’exploitation forestières (souvent rattachées à une entreprise de la première
transformation). Sur les 65 000m³/an de grumes prélevés en 2010 sur 12 000 ha (dont seuls 6 000 ha
font vraiment l’objet d’exploitation), l’Angélique (Dicorynia guianensis) en représente 40%, le
Gonfolo (Qualea spp et Ruizterania albiflora) 20% et le Grignon franc (Sextonia rubra) 10% [5].
Ainsi, en dépit de la richesse en biodiversité sur ce territoire, cette dispersion est un des handicaps
les plus importants pour l’industrie bois guyanaise. A cela s’ajoute un marché étroit et aléatoire ne
favorisant pas la pérennité des acteurs de la filière bois.
1.1.2.2 La première transformation La première transformation du bois en Guyane est constituée de 35 entreprises du sciage (dont 20
pratiquant leur propre exploitation forestière). Ces scieries, avec un rendement de 40 à 45%,
génèrent à peu près 30 000 m³ de bois scié par an, sous forme d’équarris, de sciages, de bois raboté,
séché et/ou profilé. Cette production est à 86% écoulée sur le marché local et les clients sont
majoritairement des entreprises de charpente et de menuiserie. Les principales difficultés
rencontrées par les scieurs restent dues à l’approvisionnement en bois par les exploitants. En réalité,
le fait qu’une essence soit exploitée ou non dépend [4, 6, 7] :
19
De l’abondance locale en forêt (richesse moyenne à l’hectare)
De la facilité d’exploitation de l’essence (terrain facile d’accès)
De la distance entre la zone d’exploitation et la commercialisation
Des caractéristiques physico-mécaniques ou de durabilité du bois
Des conditions de mise en œuvre
Du prix de revient des grumes et des produits sciés par rapport aux bois importés
D’autres facteurs socio-économiques comme la « pression » de la demande locale
1.1.2.3 La seconde transformation Les activités de la seconde transformation utilisent le bois ou les produits issus de la première
transformation pour effectuer des travaux d’ébénisterie, de menuiserie et/ou de charpente. Ces
quelques 153 entreprises (dont 9 à plus de 10 salariés, incluant la société CBCI), écoulent 90% de
leurs produits sur le marché local, dans le domaine du bâtiment (70%) et dans le domaine de
l’artisanat et de la menuiserie (20%) [5]. En plus des problèmes dus à l’approvisionnement de ces
entreprises, le secteur de la seconde transformation est sujet à d’autres difficultés comme :
L’utilisation de bois non séchés nuisant à la qualité des produits fabriqués
Une main d’œuvre peu qualifiée malgré la mise en place de filières techniques
Un fonctionnement en dessous de leur capacité, en partie dû à l’étroitesse du marché
La variabilité du marché public dont dépend presque la totalité des grands chantiers.
En plus de ces difficultés, la construction bois voit de plus en plus de produits techniques remplacer
le bois massif. La fabrication de ces produits à base de bois (panneaux, poutre lamellé-collé…) est
actuellement bien maitrisée dans les pays tempérés, et relève du défi dans un territoire tel que la
Guyane où le climat n’est pas favorable à leur production. Enfin, l’investissement économique pour
la création d’une nouvelle ligne de production est un frein au développement de la filière bois. Le
prix du foncier d’une part et le coût élevé pour l’implantation d’une telle ligne d’autre part en sont
les principales causes.
20
Afin de lisser leurs commandes et d’accroître leur marché, les entreprises de la filière bois se
doivent d’exporter leurs produits. Malheureusement, le marché extérieur n’est pas très accessible
pour la Guyane française (seuls 10% des sciages globaux ont été vendus à l’export en 2008). Afin
de valoriser cette filière, il est important de vendre plus de produits forestiers à plus haute valeur
ajoutée sur des marchés extérieurs, en essayant d’éviter la concurrence des pays voisins (exemples
possibles : export de grumes de bois précieux pour le tranchage, création de produits de structure en
kit, lamellé-collé en bois tropical…).
21
1.2 Le matériau bois
1.2.1 Le bois matériau multi-échelles Le bois est un matériau, cellulaire, organique et naturel. C’est un matériau composite composé d’un
ensemble d’éléments chimiques, principalement, la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. La
forme des cellules le composant, la différenciation de celles-ci lors de la croissance de l’arbre et
l’orientation des parois cellulaires sont responsables de l’anisotropie du bois [8]. A l’échelle de la
microstructure et de la macrostructure, l’étude des parois cellulaires et de leur organisation permet
d’expliquer le comportement mécanique du bois.
Le terme général de bois regroupe deux grandes catégories d’appellations commerciales : feuillus
(angiospermes) et résineux (gymnospermes). A l’œil nu, la différentiation entre ces deux groupes
est simple car les cellules qui les composent sont différentes. Il est possible de différencier deux
bois d’une même espèce.
1.2.1.1 Anatomie du bois à l’échelle macroscopique Au niveau macroscopique une coupe transversale d’un tronc d’arbre est caractérisée par la présence
de « cernes annuels ». Ceux-ci correspondent à l’activité cellulaire en fonction des saisons [9]. En
climat tempéré, les cernes se distinguent facilement grâce à un arrêt ou un ralentissement
significatif de la croissance de l’arbre pendant l’hiver (bois final). En climat tropical, la
différenciation peut être plus compliquée du fait que ce changement s’opère lors des saisons des
pluies [9, 10]. Ainsi, pour les bois tropicaux, le terme de cernes annuels n’est souvent pas
réellement applicable.
La partie externe, la plus jeune du bois, permet le transport ascendant de la sève, des racines vers la
cime de l’arbre ; plus particulièrement, la sève brute monte par le xylème (aubier) et la sève
élaborée descend par le phloème (écorce interne) (figure 1). La partie appelée aubier contient des
vaisseaux formés par le cambium, et correspond au bois physiologiquement actif [8]. Avec leur
vieillissement, les cellules restées vivantes cessent de fonctionner, cette partie inerte du bois de
l’arbre est appelée duramen, ou bois de cœur en opposition à l’aubier [9]. Pour la plupart des
espèces, le duramen présente une meilleure résistance à la pourriture et à l’attaque d’insectes
xylophages. Cette caractéristique est due à la présence de molécules biologiquement actives
synthétisées lors de la duraminisation, ainsi qu’à la disparition de substances de réserve
22
consommées par les agents de dégradation biologique [11, 12]. Pour de nombreuses espèces de
feuillus, les vaisseaux du duramen s’obstruent ce qui entraine une réduction significative de la
perméabilité.
Figure 1: Coupe transversale d'un tronc d'arbre
1.2.1.2 Anatomie du bois à l’échelle microscopique Bien que la structure cellulaire des différentes essences de bois remplisse la même fonction
(transport de l’eau et des nutriments, leur stockage, le soutien de l’arbre…), les résineux et les
feuillus se différencient facilement par le type de cellules qui les composent (figure 2). En effet, un
résineux est essentiellement composé de trachéides (80%), assurant soit la conduction, soit le
soutien mécanique de l’arbre, alors que les feuillus ont une composition cellulaire plus diverse avec
des vaisseaux (transport de l’eau), des fibres (résistance mécanique) ainsi que des parenchymes
axiaux (pour le stockage et la répartition des substances nutritives). A titre indicatif, les trachéides
des résineux sont longues de 3 à 8mm avec un diamètre entre 20 et 80 µm, alors que les vaisseaux
des feuillus sont mis bout-à-bout afin de former un long tube dont le diamètre peut-être
exceptionnellement de plus de 500µm [13]. Trachéides et vaisseaux forment le système de
conduction du bois. Il peut être défini par sa porosité et sa capacité à absorber un fluide. En effet,
des vaisseaux, ou les trachéides, peuvent être bouchés par des extractibles (souvent présent dans les
bois tropicaux), réduisant ainsi leur affinité hydraulique.
23
Figure 2: Vue en 3D d’un résineux (a) et vue de la section transversale d’un feuillu (b)
Picea sitchensis (x75) Quercus Spp (x55)
Lors de la formation du bois dans l’arbre, et en réponse aux contraintes dues à son environnement,
l’organisation cellulaire est unique pour chaque essence de bois. Bien que différente, celle des
résineux reste sensiblement la même, contrairement aux feuillus, dont l’organisation est bien
différenciée en fonction des essences. Pour les feuillus, trois grandes familles peuvent être
identifiées : les bois à zone poreuse initiale, ceux à pores diffus ou encore les semi poreux (figure 3)
[8].
(a) Fraximus excelsior (b) Fagus sylvatica (c) Acer pseudoplatanus
Figure 3: Vue de la section transversale d’un feuillu poreux (a), semi-poreux (b) et à pores diffus (c)
A la fin de la différenciation, les cellules constituant le bois sont composées de trois sous couches,
communément appelées S1, S2 et S3 (figure 4). De par sa structure et son volume, la sous couche S2
représente la partie la plus résistante mécaniquement (souvent 80 % de la paroi cellulaire). Elle est
constituée de couches successives de microfibrilles de cellulose, orientées différemment par rapport
à l’axe de la tige et suivant les différentes sous-couches. L’orientation des microfibrilles dans la
couche S2 (qui varie de 5 à 40° par rapport à l’axe de la fibre) permet la compréhension des
Rayons ligneux
Trachéides
Canal résinifère
Vaisseaux
Fibres
Parenchymes
(a) (b)
24
propriétés physico-mécanique du bois. En effet, elles jouent un rôle primordial sur la résistance du
matériau ainsi que sur ses rétractibilités anisotropes [9].
La sous couche S3, bien que fine joue un rôle important sur le renfort mécanique de la cellule, dans
le cas du flambement par exemple lors de la mise en compression de ce matériau [9].
Figure 4: Représentation schématique d’une fibre
1.2.2 Le bois et l’humidité Le taux d’humidité d’un bois correspond à la masse d’eau contenue dans le bois pouvant être
enlevée par dessiccation. Ce paramètre est donné par [14, 15] :
(1)
Avec :
m0 correspond à la masse anhydre du bois obtenue après un séchage de l’échantillon dans une
étuve à 103°C +/- 2°C
mh est la masse du bois au taux d’hygrométrie h.
Lorsque le bois vert est séché, c’est d’abord l’eau contenue dans les vides cellulaires du bois qui est
évacuée. Cette eau est communément appelée « eau libre » du fait qu’elle est dissociée au niveau
moléculaire [14]. L’eau contenue dans les parois cellulaires est dite « eau liée », elle est liée aux
composants des parois par des liaisons hydrogènes et des forces de Van der Walls [16] rendant
l’évacuation de cette eau plus énergivore. Le moment où les vides cellulaires sont exempts de toute
« eau libre », alors que les parois cellulaires sont encore saturées en eau, est appelé Point de
Saturation des Fibres (PSF) [14]. Ce taux d’humidité est compris entre 15% et 40% et dépend des
espèces de bois. En pratique une valeur de 28% constitue une moyenne convenable.
25
Le bois est un matériau hygroscopique et l’échange avec l’humidité de l’air ambiant est permanent.
Quelles que soient la température et l’hygrométrie relative de l’air dans l’environnement, il existe
un taux d’humidité d’équilibre du bois (Hf) pour lequel la diffusion de l’humidité vers l’intérieur du
bois est compensée par les échanges avec l’extérieur [14]. Le bois n’est cependant que rarement
dans cet état du fait que les conditions climatiques environnantes sont en constante évolution. La
détermination du taux d’humidité d’équilibre du bois en fonction de l’hygrométrie relative de l’air
et de la température du climat ambiant d’utilisation du bois se fait grâce aux abaques de
l’hygroscopie du bois érigés par Rasmussen en 1961 [17].
L’affinité du bois avec l’humidité est telle que l’eau peut s’infiltrer dans les parois cellulaires [15].
Lors du gonflement, le volume des vides cellulaires demeure constant [15, 16]. A l’inverse, lorsque
l’humidité est enlevée des parois cellulaires, le bois se rétracte. Ces deux notions de retrait et
gonflement sont communément rassemblées sous le nom de rétractabilité et conditionnent les
variations dimensionnelles du bois [15, 16, 18].
L’anisotropie entre les rétractabilités longitudinale et tangentielle varie dans un rapport de 1 à 20.
Le rapport entre les retraits tangentiel et radial est de l’ordre de 1 à 3 et souvent, l’anisotropie (A) de
ces deux derniers est comprise entre 1 et 3 [19].
31 r
t
R
RA Avec
tR et rR les retraits respectifs tangentiel et radial.
L’anisotropie du bois (en combinaison avec son hétérogénéité du fil) peut entraîner la distorsion des
sciages lors de leur séchage [20]. En effet, en plus de créer des défauts tels que les gerces et fentes
internes, un mauvais séchage du bois peut mener aux distorsions suivantes (figure 5) : le voilement
longitudinal (flèche de face), le voilement de rive (flèche de chant), le gauchissement ainsi que le
tuilage [21].
Figure 5 : Schéma des déformations possibles du bois lors de son séchage
Flèche de face
Flèche de chant
Gauchissement
Tuilage
26
1.2.3 Durabilité du bois La durabilité naturelle du bois est sa capacité à résister aux attaques biologiques en l’absence de
tout traitement protecteur. Elle varie significativement selon les essences de bois et, dans une même
essence, elle est plus forte dans le duramen que dans l’aubier qui n’est en général pas résistant [22].
Les deux principaux agents responsables de la dégradation du bois sont les insectes (termites,
coléoptères, capricornes, Lyctus, vrillettes) et les champignons (lignivores ou de décoloration).
Dans l’eau salée, le bois peut aussi être attaqué par des térébrants marins (tarets). Beaucoup de ces
organismes nécessitent un minimum d’humidité pour se développer (20%) [23]. Dans un climat
comme en Guyane, le risque d’attaques est élevé car la chaleur et l’humidité favorisent le
développement des agresseurs biologques.
Le tableau 1 regroupe les indices de classe de résistance du bois vis-à-vis des organismes
responsables de sa dégradation.
Tableau 1 : Définition des classes de résistance naturelle du bois [24]
Résistance naturelle aux
champignons (Rc)
Val Résistance naturelle aux
termites (Rt)
Val Imprégnabilité Val
Très durable 1 Durable D Bonne 1
Durable à très durable 2 Moyennement durable M Moyenne 2
Durable 3 Sensible S Mauvaise 3
Moyennement durable 4
Peu ou non durable 5
Si la durabilité naturelle du bois n’est pas suffisamment forte pour l’emploi envisagé, un traitement
chimique peut être appliqué pour éviter les dégradations. Le choix du traitement dépend, de
l’imprégnabilité du bois et des conditions d’utilisation définissant ainsi la classe d’emploi (CE) que
le bois doit couvrir. L’imprégnabilité du bois influe de manière significative sur l’efficacité du
traitement. Dépendant de la perméabilité du bois et de son taux d’humidité, elle est susceptible
d’empêcher la pénétration des produits de traitement dans les bois [22]. Mais bien choisi, un
traitement de préservation du bois reste une solution majeure permettant d’accroitre sa durabilité, et
donc sa durée de vie dans des conditions climatiques défavorables comme en Guyane [25].
27
1.2.4 Comportement mécanique du bois Le bois et ses dérivés sont largement utilisés comme des matériaux résistants, tant en structures
(charpente, plancher, coffrage pour de grands ouvrages…) que dans d’autres domaines très variés
(emballage, ameublement, aéronautique…). Pour tous ces emplois, il est nécessaire de connaitre les
propriétés mécaniques de ce matériau ainsi que son comportement sous sollicitations diverses ; ceci
afin d’utiliser le bois dans les meilleures conditions [26].
1.2.4.1 Généralités sur la mécanique du bois Le bois est un matériau hétérogène, anisotrope et dont les propriétés physiques et mécaniques
diffèrent suivant les directions considérées.
Sur un élément de bois on distingue trois directions principales (figure 6) :
Figure 6: Schéma de l’orientation des directions principales du bois
La direction longitudinale (L), parallèle à l’axe du tronc, c'est-à-dire dans la direction des
fibres,
La direction radiale (R), perpendiculaire à l’axe du tronc et passant par le centre,
La direction tangentielle (T), perpendiculaire à l’axe du tronc et tangente aux cernes
d’accroissement.
Le bois dans l’arbre est caractérisé par 2 plans de symétrie matérielles RL et RT et 3 directions
privilégiées L, R et T. Neuf composantes sont alors nécessaires pour le modéliser, c’est le modèle
orthotrope. La loi de comportement élastique linéaire est exprimée par le tenseur des complaisances
élastiques, elle est illustrée par l’équation 2.
28
[
]
[
⁄ ⁄ ⁄
⁄ ⁄ ⁄
⁄ ⁄ ⁄
⁄
⁄
⁄ ]
[
]
(2)
Avec :
1.2.4.2 Traction et compression Les relations de contrainte/déformation pour des charges de courtes durées d’application sont
données schématiquement par la figure 7 où la contrainte est représentée en fonction de la
déformation.
Sur la courbe de traction (ou de compression) on distingue une zone sensiblement linéaire et
réversible, dite élastique linéaire, limitée par la contrainte qualifiée de limite élastique, suivie d’une
zone non linéaire, qui conduit à la contrainte de rupture. Lorsque la différence entre l’élongation à
la rupture et l’élongation à la limite élastique est faible, on dit que l’on est en présence d’une
rupture « fragile ».
On remarque ainsi que la zone de comportement élastique est généralement plus grande en traction
qu’en compression. Si au cours d’un essai, l’élongation à la limite élastique est dépassée et que l’on
décharge l’échantillon, on constate qu’à charge nulle il existe une déformation résiduelle
susceptible de se résorber au cours du temps. Ceci signifie que le paramètre temps influe sur la loi
de comportement et que le bois possède des propriétés visqueuses.
29
Dans le cas d’une sollicitation, en traction ou compression, qui a lieu dans le sens transverse aux
fibres, la résistance du matériau bois s’en trouve très fortement diminuée, surtout dans le cas de la
traction. Cette faible résistance est due à l’anisotropie du bois liée à l’orientation axiale des fibres et
des microfibrilles.
Figure 7: Comportement théorique du bois en traction/compression dans la direction longitudinale
1.2.4.3 Flexion simple Le comportement d’éléments bois massifs soumis à une sollicitation en flexion se déduit du
comportement du même bois en compression et en traction et peut faire apparaître des contraintes
de cisaillement. En général, lors de l’étude du comportement mécanique d’une poutre soumise à une
flexion, on considère que l’hypothèse de Navier reste valable (« toutes sections planes normales aux
fibres avant déformation restent planes et perpendiculaires aux fibres »). Si les contraintes induites
par le moment de flexion sont inférieures à la limite élastique en compression (plus faible que celle
en traction), le diagramme des contraintes est linéaire (figure 8).
30
Si le moment augmente et que l’on tend vers la rupture, pour un même déplacement, les contraintes
de traction sont supérieures à celles en compression ce qui provoque un déplacement de l’axe neutre
(axe sur lequel se situe tous les points où les contraintes sont nulles). A ce moment ci, l’axe neutre
n’est plus confondu avec la fibre moyenne de la barre, correspondant à l’axe par lequel passe les
centres de gravité de n’importe qu’elle section droite prise au hasard.
Figure 8: Diagramme des contraintes dans une poutre droite soumise à un effort croissant jusqu’à la rupture
[26]
La formule générale de résistance des matériaux en flexion, pour une section symétrique, est :
σ = M/(I/v) (3)
Avec :
σ est la contrainte de flexion en MPa
M est le moment fléchissant en N.mm
I/v est le module résistant en mm³
1.2.4.4 Fluage Sous l’action d’une charge permanente, les déformations ont tendance à augmenter en fonction du
temps. C’est le phénomène de fluage. Le fluage se produit dans le comportement visco-élastique du
bois. On appelle ainsi limite de fluage la contrainte que la barre de bois est capable de supporter
indéfiniment sans se rompre [19].
Dans le cas d’une flexion, le fluage est plus facile à mettre en évidence par la flèche de déformation
de la pièce, qui augmente en fonction du temps (le coefficient de fluage correspondant au rapport
entre la flèche mesurée à l’instant t et celle mesurée initialement) [27].
σc
Ret
om
bée
σt
σc
31
1.2.4.5 Cisaillement et effort tranchant Le cisaillement peut être produit dans les assemblages par compression ou par l’effort tranchant
dans le cas d’une poutre travaillant en flexion. L’effort tranchant correspond à une contrainte
interne du matériau, perpendiculaire à l’axe de la plus grande longueur, en réponse à une
sollicitation.
Dans le cas d’une flexion, on peut distinguer deux types de cisaillement. Le cisaillement parallèle
aux fibres et celui dans le plan transversal. Ce deuxième est difficile à déterminer du fait de la faible
résistance du bois à une sollicitation transversale [28].
1.2.5 Influence des défauts du bois sur son
comportement mécanique
1.2.5.1 Les nœuds Les nœuds sont les parties des branches présentes dans le tronc de l’arbre. Lors du sciage du bois, la
trace des branches, de plus ou moins bonne qualité, sont visibles sur les planches. Les résineux se
distinguent des feuillus par une régularité des nœuds souvent groupés et séparés du bois sans défaut
[29, 30].
Un nœud modifie localement la direction du
fil du bois, il fragilise la pièce et réduit la
section effective de la pièce portante,
diminuant ainsi ses résistances mécaniques
(figure 9) [31]. Celles-ci sont aussi
influencées par la qualité du nœud, un nœud
dit « adhérent » sera mécaniquement moins
pénalisant qu’un nœud dit « mort ». De plus,
un nœud correspond également à des
variations locales de l’orientation des fibres
pouvant aller jusqu’à être perpendiculaires à
la direction du fil. Ceci induit souvent des
excentrements d’effort et localement des contraintes très élevées. Enfin, à l’endroit où les fibres
changent de direction autour des nœuds apparaissent des contraintes transversales pour une
sollicitation axiale. Ceci est particulièrement important pour les bois sollicités en traction parallèle
au fil [20].
SRb
= R
atio
de
rési
stan
ce à
la f
lexi
on
en f
on
ctio
n d
es
nœ
ud
s
X=Ik/Ig avec Ik= somme des moments d’inerties des
nœuds présents sur la section de bois et Ig le moment
d’inertie totale de la section (%)
SRb
= R
atio
de
rési
stan
ce à
la f
lexi
on
en
fon
ctio
n d
es n
œu
ds
(%)
Figure 9: Influence des nœuds sur la résistance
à la flexion
32
De ce fait, on remarque que la résistance du bois de structure peut être plus importante en
compression qu’en traction, généralement due à la sensibilité aux variations locales de la pente de
fil.
1.2.5.2 Influence de l’orientation du fil De plus, certains arbres croissent avec une orientation principale des cellules formant une spirale
autour du tronc. Ce fil tors est courant pour certaines espèces (Pinus radiata, Caryocar glabrum) et
rare pour d’autres (Picea abies, Hymenae courbaril). Cette autre caractéristique, due à la croissance
du bois, affecte sa qualité et peut entrainer des déformations importantes lors du séchage [32].
Concernant les caractéristiques mécaniques, celles du bois dépendent de l’orientation de la
sollicitation par rapport à celle du fil dont le sens longitudinal présente les meilleures performances.
Ainsi, avec un bois contrefilé, les résistances mécaniques diffèrent le long de la pièce de structure
suivant l’angle du fil. Enfin, la résistance en traction est plus particulièrement affectée (réduite) par
l’augmentation de la déviation du fil suivant l’orientation de la sollicitation que la résistance en
flexion ou en compression d’après Baumann en 1922 [30]
1.2.5.3 Bois juvénile et bois de réaction Il est à noter que les 5 à 20 premiers cernes d’accroissement possèdent des caractéristiques
différentes de celles du bois extérieur arrivé à maturité [33]. Ce bois appelé bois juvénile possède,
une masse volumique, une résistance et une élasticité plus faible , particulièrement chez les résineux
[33, 34]. Pour les feuillus tropicaux, certaines espèces forestières favorisent la croissance en hauteur
par rapport à la croissance en diamètre en réponse à une forte compétition interspécifique, elles
développent alors un bois juvénile plus rigide et souvent plus dense [35]
De plus, du fait que la croissance de l’arbre dépende de
l’environnement dans lequel il évolue, celui-ci peut, suite à
des perturbations extérieures, développer une inclinaison
du tronc. Via une action mécanique active, un bois
spécifique peut se former, connu comme bois de réaction.
Chez les feuillus, ce bois se forme sur la face supérieure à
l’inclinaison (bois de tension figure 10), a contrario, les
résineux le développe sur la face inférieure (bois de
compression). D’un point de vue mécanique, le bois de Figure 10: Observation du bois de tension
pour l’Eperua falcata (J. Ruelle)
33
réaction est sujet à d’importantes déformations axiales au séchage, et a tendance à se rompre plus
facilement (pas de phase plastique, rupture dès que la limite élastique est atteinte)
1.2.5.4 Influence de la densité La masse volumique du bois constitue le paramètre physique le plus important dont dépendent la
plupart de ses propriétés mécaniques [15]. Bien évidemment, ce paramètre dépend énormément de
l’espèce du bois, de la largeur des cernes, de son humidité…
La masse volumique est directement dépendante de la porosité du bois définie comme la proportion
volumique de vide cellulaire [14]. En effet, un bois très poreux aura une masse volumique plus
faible qu’un bois peu poreux du fait que le premier est constitué de moins de matière ligneuse.
Enfin, les différences de densité entre les feuillus et les résineux sont aussi dues aux différences de
structure anatomique. Généralement, les cellules composant les feuillus ont des parois cellulaires
plus épaisses, et sont donc plus denses, que celles des résineux [36].
Plusieurs études ont montré que l’élasticité en flexion et la contrainte de rupture parallèle au fil sont
corrélées quasi linéairement avec la densité [19, 37]. En reprenant l’idée de Bodig [38], Guitard et
El Amri [39] ont rédigé des régressions permettant d’approximer les constantes d’élasticité des bois
dont la densité diffère de celle dite «standard » (0.65 pour les feuillus et 0.45 pour les résineux,
tableau 2).
Tableau 2: Equations correctives des modules d’élasticité en fonction de la densité pour les feuillus à H=12%
⁄ ⁄
⁄ ⁄
⁄ ⁄
Dans ce tableau, la valeur des modules est exprimée en MPa et ces équations restent valables pour
des feuillus dont la densité est comprise entre 0.1 et 1.2.
En 1982, Bodig et Jayne [38] observent l’influence de la densité sur les propriétés mécaniques du
bois (figure 11) et les relient par l’équation suivante :
(4)
Avec:Y sont les propriétés élastiques, D est la densité du bois, a et b sont des constantes données
pour chaque essence de bois avec b>1.
De ce fait, il apparait évident que la limite d’élasticité augmente proportionnellement avec la
densité (figure 11).
34
Figure 11: Effet de la densité sur une propriété mécanique sur l’ensemble de 200 essences
Enfin, la densité du bois et indissociable à l’humidité de stabilisation du bois. En effet, elle est
utilisée dans un large panel de conditions atmosphériques entrainant des humidités de bois bien
différentes, la stabilisation des pièces de structure est variable, impliquant directement une variation
de la masse volumique et donc de ses résistances mécaniques [40].
1.2.5.5 Influence de l’humidité Le caractère hygroscopique du bois a été souligné dans la partie générale du matériau ligneux,
présentant l’influence de l’humidité sur les déformations du bois. Dans le cadre de cette partie, il
s’agit de montrer l’influence reconnue du comportement hydrique sur les caractéristiques élastiques
[41] [39] et [13]. D’une façon générale, les résistances mécaniques du bois diminuent linéairement,
plus ou moins rapidement, jusqu'à leur stabilisation une fois que le Point de Saturation des Fibres
(PSF) est atteint [39, 42, 43].
Sur le plan pratique, Kollmann et Gerhards [20], Guitard et El Amri [39], ont établi des relations
permettant d’approximer les composantes élastiques en fonction de l’humidité à laquelle le bois est
soumis à sollicitations (tableau 3). Cependant, ce modèle reste proche de la réalité pour des
humidités comprises entre 6 et 20% [39, 44].
Tableau 3: Equations correctives des modules d’élasticité en fonction de l’humidité
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
35
Soulignons, enfin, le fait que le taux d’humidité du bois est un paramètre important affectant
l’élasticité du matériau. En effet, Schlyter et Winberg ainsi que Hoffmeyer, ont montré que 1%
d’augmentation de la teneur en humidité du bois entraîne une diminution de 3% à 4% de la limite
élastique dans la direction longitudinale [43, 45].
1.2.5.6 Influence de la température En général, la variation de la température a un effet similaire à celui de la variation de l’humidité.
En effet, les propriétés élastiques du bois diminuent avec l’augmentation de la température jusqu'à
ce que le point de fusion du bois soit atteint [38]. Dès 1967, Siimes remarque que pour une même
teneur en humidité, l’augmentation de la température diminue la résistance mécanique du bois [46].
Sulzberger, confirme cette observation en exposant des courbes de décroissance du module
d’élasticité de plusieurs essences de bois en fonction de la température [20]. Cet effet de la
température sur la résistance mécanique du bois se voit amplifié lorsque l’humidité, elle aussi,
augmente [28].
Enfin, et d’après Salamon en 1963 [42], il apparaît que la réduction des propriétés mécaniques due à
l’augmentation de la température soit plus faible pour un bois de plus grande densité [20]. Notons
par ailleurs, que la résistance à la traction est moins affectée par l’effet température du bois que les
autres sollicitations (flexion, compression).
1.2.5.7 Influence combinée de l’humidité et du temps
(effet mécanosorptif) Il a également été démontré que l’effet mécanosorptif (variations cycliques d’humidité augmentant
le fluage du bois) réduit la durée de vie de ce matériau [47], [48]. En effet, en plus de l’influence de
l’humidité et de la température sur les propriétés mécaniques du bois, l’effet de la durée de charge
est à prendre en considération pour des produits destinés à la construction [49]. En effet, des tests
menés aux Etats-Unis ont montré que les valeurs de résistance de produits bois soumis à des
charges de longue durée sont 40% plus faibles que celles pour des bois soumis à des essais de
courtes durées en laboratoire [31] et peuvent augmenter en fonction de la qualité du bois (bois
d’œuvre ou sans défauts [50, 51]. Ceci est d’autant plus vrai que l’influence de la durée de charge
avec des variations cycliques d’humidité est corrélée à la section du bois étudié. Ces recherches
mènent à la conclusion que des bois de petite section sont plus affectés par ces effets de charges
(menant à la rupture) que les bois de plus grande section [45].
36
En plus de cela, le taux d’humidité a une influence notable sur les effets de durée de charge [18],
[27]. En effet, pour un taux de contrainte donné, les bois en flexion à fort taux d’humidité ont une
durée de vie plus courte que les bois plus secs [49]. Enfin, les bois traités en surface ou les poutres
en bois lamellé-collé d’un certain volume sont moins sensibles aux variations d’humidité que ne le
sont les bois non traités ou de faibles volumes [18].
En plus de la variabilité intrinsèque du bois (bois initial, bois final, bois juvénile et bois de réaction)
ce matériau hétérogène présente également une variabilité intra essence car dépendant du génotype
et de l’environnement ou l’arbre a grandi. Cette caractéristique engendre une variabilité sur les
caractéristiques physiques et mécaniques inter et intra espèces. De même, une variabilité
supplémentaire est ajoutée en fonction de la qualité du bois (présence de nœuds, orientation du fil,
présence d’aubier ou autres défauts) réduisant plus ou moins ses caractéristiques mécaniques. Afin
de pallier ces variabilités (outre celles en fonction de la direction du fil), une nomenclature d’essai
existe afin d’homogénéiser les caractéristiques mécaniques d’une même essence et permet de la
comparer à une autre. En calcul des structures, et du fait que des bois en dimension d’emploi ont
des caractéristiques mécaniques plus faibles que ceux des essais (notamment à cause de l’effet
mécanosorptif), les valeurs moyennées avec leurs déviations standards sont utilisées comme
référentiel ou référence. Enfin, pour la construction, des produits bois peuvent être reconstitués afin
de minimiser cette variabilité, en purgeant le bois de ces défauts par exemple.
1.3 Le bois reconstitué par collage La généralisation des produits à base de bois en construction provient d’une volonté de valorisation
de ce matériau dont les avantages peuvent être déclinés comme suit : un aspect esthétique, un
usinage et une transformation aisée, une bonne résistance au feu, il constitue un matériau de
construction renouvelable et ne contribue pas à l’effet de serre. Cependant, afin d’éviter les
désavantages du bois massif (grande dispersion des propriétés mécaniques, résistance plus ou moins
élevée en fonction de l’orientation du fil) des produits reconstitués par collage ont été développés,
permettant d’accroitre leur homogénéité par rapport au bois massif, limiter leur variabilité
mécanique et d’augmenter les dimensions. Aujourd’hui, avec le développement des techniques de
collage, les bois massifs, assemblés par collage, présentent des avantages notables pour les
industriels :
37
Répartition régulière des contraintes,
Economie de poids,
Pas d’affaiblissement des substrats occasionnés par les trous de rivetage ou de vissage,
Surfaces lisses,
Amortissement des vibrations.
1.3.1 Quelques produits bois reconstitués par
collage
1.3.1.1 Les panneaux Suivant leur mode de production, trois grandes familles de panneaux sont utilisées en construction.
Elles sont principalement différenciées par l’échelle à laquelle le bois est utilisé pour leur
reconstruction.
Les panneaux de fibres (Medium Density Fiberboard par exemple), sont fabriqués par la
cohésion de fibres de bois ayant une capacité d’adhésion propre, des liants peuvent
cependant être ajoutés pour obtenir un bon assemblage [52].
La composition du panneau de particules se fait grâce à un encollage de résidus de bois
obtenus par déchiquetage (poussières ou copeaux) qui sont ensuite agglomérés par des
résines. Ces produits (Oriented Strand Board par exemple) sont souvent composés de trois
couches avec celle du milieu, l’âme, présentant les plus grosses particules. Le principal
problème de ces panneaux reste leur faible résistance à l’humidité ; ils peuvent ainsi se
désagréger si le bois gonfle trop [52].
Les contreplaqués (plywood) sont des panneaux reconstitués par le collage de feuilles de
bois successivement assemblés et orientés en fil croisés à angle droit [53]. Cette
caractéristique permet d’obtenir une bonne résistance mécanique dans les deux directions de
la plaque un produit bois grâce au croisement des fils. Par ailleurs, les couches de bois sont
croisées de façon symétrique par rapport à l’âme du panneau, permettant une bonne stabilité
du produit lorsqu’il subit des variations hygroscopiques dans son environnement d’emploi.
38
1.3.1.2 Les éléments de structure Pour des éléments constructifs à base de bois soumis à de fortes sollicitations mécaniques (poutres,
poteaux, …), d’autres produits bois reconstitués par collage existent [54].
Le Lamibois (Laminated Veneer Lumber), dont la technique de fabrication se rapproche de
celle du contreplaqué, est considéré comme un matériau à haute résistance mécanique. Il est
formé par l’association de placages collés fil sur fil avec ou sans jointage longitudinal (joint
en sifflet ou scarfage).
La poutre en I (I-beam) est une poutre composite constituée avec des membrures bois
connectée par l’âme (panneau en bois) et assemblées par collage. Cette reconstitution
permet une réelle économie de matière ainsi que la possibilité de grandes dimensions (15m).
Le lamellé-collé (Glue laminated timber) est un élément constitué de lamelles assemblées
bout à bout par aboutage, permettant ainsi une purge des défauts du bois massif. Ces lames
de grandes longueurs sont ensuite assemblées fil sur fil en épaisseur pour produire une
poutre aux dimensions voulues. Il est même possible de coller ces lames suivant une courbe
pour la création d’un produit structural très esthétique.
1.3.2 Le collage du bois La fabrication de produits collés requiert une parfaite conception des joints. Plusieurs paramètres
peuvent être très pénalisants s’ils sont mal contrôlés pendant la fabrication. Un des facteurs
déterminant est l’état des surfaces à encoller. En effet, celles-ci doivent être lisses et exemptes de
tous contaminants tels que les poussières, les fibres arrachées, les résines et huiles…, susceptibles
d’empêcher la pénétration de l’adhésif dans le bois. D’autres paramètres sont tout aussi importants
pour permettre un assemblage résistant. Une humidité du bois trop élevée empêche le mouillage de
la surface. Quant à la température, elle, accélère le durcissement de la colle. Les bois à encoller
doivent être propres, secs et rester dans cet état jusqu’à l’encollage [55]. Bien sûr, la qualité du
collage dépend aussi des conditions de travail dans lesquels est réalisé l’assemblage. Il est donc
important de surveiller les paramètres suivants :
39
Température,
Humidité de l’air,
Propreté du poste de travail (poussières),
Adhésif frais et adapté au matériau,
Bonne adsorption et bon mouillage,
Pas de mouvements des éléments pendant le processus de prise,
Durée de prise,
Pression,
Durée de vie en pot de l’adhésif.
1.3.2.1 Les différentes colles utilisées En raison d’une énorme diversité d’adhésifs servant au collage du bois présents sur le marché, il est
important de bien définir le produit fini que l’on veut et les conditions dans lesquelles il sera
industriellement produit. Depuis l’apparition de l’assemblage par collage, plusieurs colles ont été
développées dont voici un bref descriptif :
Caséines
Les colles caséines sont probablement les plus anciennement utilisées pour le collage des joints des
lamellé-collé. Utilisées dès les années 1920, elles sont principalement constituées de la protéine du
lait Caséine. Le défaut majeur de cette colle réside dans le fait qu’elle soit constituée de protéines
favorisant ainsi les attaques du joint de colle par les champignons. De plus, elles ne sont pas
résistantes à l’exposition à l’humidité [56].
Urée-Formol
Les colles formées à base d’urée-formaldéhydes sont très nombreuses dans l’industrie du bois. Ces
adhésifs requièrent une basse température de polymérisation [57]. Ces colles, souvent peu chères,
garantissent un usage limité quant aux domaines d’application du produit fini. En effet, celles-ci
sont sensibles à l’humidité et sont recommandées pour un usage en intérieur sec [58].
Mélamine-Urée-Formol
Les colles Mélamine-Urée-Formol sont semblables aux colles Urée-Formol. Cependant, le fait de
remplacer un groupe Urée par un groupe Mélamine permet d’augmenter la résistance à l’humidité
de l’adhésif du fait que ce groupe ne soit pas soluble dans l’eau [55] [58].
40
Phénol-Formaldéhyde
Il existe deux principaux types de colles Phénol-Formaldéhydes (PF): les colles « à chaud » et celles
« à froid ». Cependant, les adhésifs de type PF à froid ne sont pas recommandés car ils nécessitent
un catalyseur à forte acidité pouvant dégrader la surface du bois encollé [59]. Les adhésifs PF à
chaud (température de 110 à 140°C) produisent des joints comportant un bon vieillissement
résistant à l’humidité [60, 61].
Résorcinol-Formaldéhyde et Phénol-Résorcinol-Formaldéhyde
Du fait de leur prix élevé, les résorcines sont de moins en moins utilisées à l’état brut, mais
mélangées avec une colle de type Phénol-Formaldéhyde [57]. Ceci permet, pour un coût moindre,
d’obtenir les mêmes résistances mécaniques avec une température de polymérisation plus basse que
les PF (15 à 20°C). Sa longue durée d’utilisation, retardant la polymérisation de la colle, est un des
points forts de cet adhésif pour une utilisation en climat tropical [62, 63].
Il est nécessaire de respecter les caractéristiques des adhésifs données par le fabricant afin d’éviter
de nombreux désagréments lors de l’étape du collage. Les principaux points à surveiller sont cités
ci-dessous [55].
Le grammage est le paramètre réglant la viscosité de la colle lors de son application. Un
grammage trop élevé empêche un étalement homogène de la colle, créant ainsi un joint non
conforme (joint épais), et inversement, un grammage trop faible étale de façon excessive la
colle créant ainsi des joints maigres.
La température et le temps de polymérisation représentent la durée de vie de la colle, c'est-à-
dire le temps de prise entre la colle et le bois. Plus la température ambiante est élevée, plus
le temps de polymérisation est réduit (temps d’exécution du collage réduit).
L’environnement du stockage de la colle agit sur le vieillissement de l’adhésif. L’humidité
et la température accélèrent la détérioration des produits.
41
1.3.2.2 Caractérisation chimique des colles
structurales Afin de créer un produit bois reconstitué pour des emplois structuraux, les résines utilisées dans
cette étude doivent satisfaire les exigences du type 1 de la norme NF EN 301 « Adhésifs de nature
phénolique et aminoplaste pour structures portantes en bois : classification et exigences de
performance »[64]. Comme précisé précédemment, deux types de résine peuvent être utilisés, la
Mélamine-Urée-Formol (MUF) et la Phénol-Résorcinol-Formaldéhyde (PRF). Notons que ces deux
colles sont thermodurcissables, c’est-à-dire qu’elles durcissent avec l’élévation de la température
[65].
Ces monomères (MUF et PRF) réagissent entre eux grâce à leurs fonctions chimiques et permettent
une polymérisation par l’ajout du durcisseur. Celui-ci joue un rôle de catalyseur dans le cas de la
MUF, pour le PRF, il permet de démarrer la polymérisation. Ainsi, la résine se solidifie par
polycondensation, c’est-à-dire, qu’une molécule d’eau est produite lors des réactions chimiques.
Cette étape de durcissement se fait dans toutes les directions, créant ainsi un polymère
tridimensionnel qui augmente la résistance thermique et mécanique de la colle [66].
Cette molécule d’eau, produite lors du durcissement de la colle, doit être évacuée lors de la
formation du joint de colle ; sinon, en restant à l’interface, elle empêchera l’adhésion de la résine
sur le support. Dans le cas des bois peu denses, il est supposé que celle-ci pénètre dans le support
car ce matériau est défini comme absorbant [67]. Les bois denses (densité > 0.7) eux, sont
considérés comme non absorbants car leur forte densité et leur faible imprégnation ne leur
permettent pas d’absorber cette molécule d’eau [66].
1.3.3 Théorie de l’adhésion bois/colle Le phénomène d’adhésion est universel et peut être étudié suivant différents points de vue. En effet,
afin de comprendre et d’expliquer ce phénomène, plusieurs théories [68] ont été développées :
L’enchevêtrement mécanique est contrôlé par la rugosité de surface et les ancrages de la
résine, d’une part par les aspérités surfaciques, et d’autre part par la pénétration de l’adhésif
dans les vides cellulaires (vaisseaux, rayon, trachéides…) [68].
42
L’absorption thermodynamique repose sur le principe que des liaisons chimiques dites
« faibles » (liaisons de type Van Der Vaals) nécessitant un contact intime entre résine (avant
durcissement) et support. Cette théorie peut faire intervenir l’énergie d’absorption (énergie
qu’il faut fournir au système pour obtenir une séparation entre liquide et solide). Elle est
directement liée à l’énergie de surface du support (ou tension de surface) [66].
La diffusion, est spécifique à l’étude de l’adhérence entre les macromolécules. Elle repose
sur les lois de diffusion de Fick, prenant comme paramètres le temps, la température et la
concentration [68].
L’électrostatique étudie les capacités d’adhérence par des interactions entre les molécules
polaires et apolaires. De ce fait, des liaisons entre résine et support, sans contact intime,
peuvent être créées grâce aux mouvements des électrons entre un « donneur » et un
« receveur » [66].
La réaction chimique directe fait référence au processus d’adhésion entre deux pièces de
bois via la création de chaînes covalentes (liaisons chimiques fortes) entre les deux supports
et l’adhésif [69].
Dépendant de l’adhésif et du support utilisé, chaque théorie à son importance, cependant, dans le
cas du collage du bois, chacune des théories joue plus ou moins un rôle pour la formation d’un
assemblage correct. Ces mécanismes font encore l’objet d’un débat au sein de la communauté
scientifique.
1.3.3.1 Le mouillage du bois La mouillabilité est la base de la théorie de l’adhésion par absorption thermodynamique. De
manière générale, la mouillabilité est un critère de caractérisation de ce qui se passe lorsqu’un
liquide vient en contact avec un solide. Bien évidemment, les autres théories d’adhésion décrites
précédemment interviennent, mais ce paragraphe se focalisera sur la théorie thermodynamique, car
elle est utilisée lors de l’analyse des résultats de cette étude [70].
43
Ainsi pour tout corps (liquide, solide, gazeux) des forces (d’attraction et de répulsion) maintiennent
la cohésion entre les molécules qui le composent. Au sein même d’un corps, la somme de ces forces
est nulle, mais à l’interface de deux corps, elle devient non nulle et engendre une tension
superficielle, notée ɤ, qui explique la forme sphérique d’une goutte, caractérisée par l’angle ɵ
mesurée entre la tension superficielle Liquide/Solide et la tension Liquide/Gaz (figure 12) [66].
Imperméable Mouillabilité correcte Trop forte absorption
Figure 12 : Illustration de la mouillabilité du bois [71]
Illustré par la figure 12, on comprend bien que plus ɵ est faible, plus le liquide s’étale sur la surface
et donc plus le support est mouillant. Evidement un mouillage trop important n’est pas conseillé car
il s’accompagne d’une pénétration excessive de la colle.
Il est à noter que cette technique de mouillage a été élaborée en considérant des surfaces
parfaitement planes et homogènes. Or le matériau bois est invariablement plus ou moins rugueux et
hétérogène et la mouillabilité dépend de ses caractéristiques intrinsèques (rugosité de surface,
porosité, hétérogénéité chimique, nature hygroscopique…). Selon Wålinder (2000), la nature
hygroscopique du bois, combinée à sa porosité, influence grandement la mesure de mouillabilité
(angle statique de contact) due à une pénétration directe du liquide dans ce matériau, jusqu’à ce
qu’il soit complètement saturé avec ce même liquide [69]. Ainsi, des études sur la mouillabilité du
bois prennent en considération l’angle de contact intime ɵ que forme la goutte avec la surface
rugueuse. Dans son ouvrage, G. Elbez cite une étude de Wenzel (1936) qui montre que seul le
cosinus de l’angle (ɵ) est influencé par la rugosité du solide [70].
L’intérêt de mesurer ces tensions de surface est qu’elles sont en étroite corrélation avec l’adhérence
d’un support bois par une résine [55, 70]. Ce facteur est caractérisé par le pourcentage de fibres de
bois arrachées lors d’un essai mécanique de rupture par cisaillement (essai normalisé et obligatoire
pour apprécier la bonne tenue d’un joint de colle). Malheureusement, aucune mesure de
mouillabilité n’a été réalisée lors de l’appréciation de l’adhérence des joints de colle, ne permettant
pas de confirmer (ou non) cette relation pour des bois tropicaux.
ɵ ɵ
ɵ ɤLS ɤLS ɤLS
ɤLG
ɤLG ɤLG
ɤSG ɤSG ɤSG
S
L
G (ici G= Air)
44
1.4 Le lamellé-collé dans les tropiques Présenté succinctement dans la partie précédente, il s’avère que le processus de fabrication de ce
produit bois reconstitué, agrémenté d’un rigoureux contrôle qualité, lui procure des performances
supérieures à celles de nombreuses pièces de bois massif [72-74].
1.4.1 Processus de fabrication du lamellé-
collé En règle générale, le processus de fabrication du lamellé-collé suit les étapes décrites ci-dessous,
néanmoins, quelques variations peuvent subvenir en fonction des pays.
Préparation des planches de bois
Les planches de bois ont une épaisseur maximale de 50mm (40mm pour les feuillus) pour une
longueur variable et une largeur définie suivant le produit à réaliser. Les pièces ainsi conditionnées
peuvent être rabotées et classées mécaniquement. Ce classement préalable permet la création de
lamellé-collé panaché. Ce produit se différencie par le fait que les planches sont positionnées en
fonction de leur résistance mécanique et des zones à haute contrainte lors de sa mise en service. Par
exemple, pour un élément travaillant en flexion, les lamelles des plus grandes classes de résistances
sont positionnées à l’extérieur (zones les plus sollicitées), alors que les lamelles de résistances
inférieures seront placées au cœur du produit.
Aboutage
Les planches de bois sont ensuite débitées afin d’obtenir des lames purgées des défauts pouvant
affecter la résistance mécanique du produit. De ce fait, les défauts sont répartis plus aléatoirement
dans la poutre, constituant un matériau plus homogène. Ainsi la variabilité de la résistance
mécanique des planches est réduite et les bois de basse qualité sont plus résistants [72, 74].
Puis, les lames sont assemblées bout à bout afin de créer des lamelles continues de la longueur
souhaitée. Cette première reconstitution se fait grâce à un assemblage par entures multiples avec de
la colle. La géométrie communément utilisée pour les aboutages est schématisée par la figure 13,
mais d’autres géométries existent pouvant augmenter leur résistance mécanique en fonction des
utilisations finales [75]. Les lamelles sont ensuite stockées pour permettre la prise de l’adhésif avant
toute autre manutention.
45
Figure 13 : Schéma d’un aboutage par entures multiples [76]
Où :
S est le jeu au fond de l’enture ;
P est le pas de l’enture ;
H est la largeur totale de l’assemblage
L est la longueur de l’enture ;
β est l’épaisseur de l’extrémité de l’enture et
α est la pente de l’enture
Les lamelles continues permettent la fabrication de poutres de grandes portées. Les limites sont
imposées par la capacité des machines, le temps d’ouverture de la colle, les dimensions de
l’atelier…
Encollage
Les lamelles continues sont ensuite rabotées pour éliminer tout manque de rabotage, les décalages
des entures et pour s’assurer de l’uniformité des épaisseurs des lamelles. Pour la réalisation de
lamellé-collé « horizontal », les lamelles sont encollées puis posées les unes sur les autres afin
d’obtenir la section désirée et enfin mises sous presse. L’empilage des lamelles se fait suivant un
décalage évitant ainsi que les aboutages, de faible résistance mécanique, se superposent. Pour éviter
un collage défectueux, les lamelles doivent avoir une humidité uniforme (différence inférieure à
3%) et acceptable par les adhésifs utilisés (16% maximum).
46
La pression généralement appliquée pour les résineux est comprise entre 0.4 et 1.2 MPa. Dans le
cas d’utilisation de feuillus ou pour la fabrication de produits courbes, des pressions supérieures
doivent être appliquées afin d’obtenir un joint non défectueux. Le pressage est réalisé en ambiance
régulée (généralement 65% d’humidité relative de l’air et une température de 20°C) au moins
pendant 6h. Une fois le pressage terminé, les éléments sont conditionnés avant la finition afin de
permettre à la colle une polymérisation totale.
Les éléments à assembler peuvent être courbés afin de produire des poutres à contre-flèche,
permettant de compenser les efforts en utilisation, ou des poutres courbes esthétiques. Cependant,
cela nécessite l’adaptation des bancs de presse pour chaque rayon de courbure différent, pénalisant
ainsi le temps de fabrication.
Finition des poutres
Une fois bien stabilisées, les poutres sont rabotées sur leurs faces afin d’obtenir une section exempte
de tous défauts et afin d’éliminer les bavures de colle. Cette étape réunit les différentes opérations
telles que l’application de produits de préservation, les perçages pour les assemblages…)
En raison de la nature de la fabrication et de l’utilisation finale, le contrôle qualité est primordial.
En effet, comme l’assemblage des lamelles s’opère par un collage, il est très difficile de rectifier ou
d’améliorer les produits collés. De ce fait, le contrôle de la ligne de production doit se faire
régulièrement, en interne (fabricant) et en externe (organisme indépendant agréé).
1.4.2 Les problèmes des bois tropicaux et du
climat Le problème principal de la fabrication du lamellé-collé en bois exotique et dans une ambiance
tropicale chaude et humide est le collage. En effet, les technologies et les colles développées par les
pays industrialisés répondent à des critères d’utilisation en milieu tempéré. En milieu tropical, le
collage est une des étapes les plus délicates à réaliser à cause du taux d’humidité et de la
température ambiante élevés, de la densité des bois, des extractibles…
47
En effet, le bois est un matériau hydrophile dont les caractéristiques mécaniques sont liées à
l’humidité. Cette affinité pose de nouveaux problèmes pour un assemblage par collage. En effet,
une humidité du bois élevée agit sur la viscosité de la résine en dispersant les particules adhésives
qui ne pourront se resserrer lors du collage, engendrant ainsi un joint défectueux [77-79]. A
contrario, une teneur en humidité trop faible accentuera l’absorption de la colle créant ainsi des
joints maigres. En plus de ce problème, les bois stabilisés en climat équatorial possèdent une
hygrométrie plus élevée que ceux des bois tempérés, séchés, utilisés pour la fabrication de lamellé-
collé. Ceci, en plus de leur teneur en humidité supérieure à celle acceptable par les colles (16%),
pose problème vis-à-vis des variations d’humidité que peuvent subir les produits finis [80]. Il est
vrai que ces variations engendrent des déformations pour ce matériau pouvant créer, si elles sont
bloquées, des contraintes élevées dans les assemblages. Ces contraintes doivent être minimisées afin
de ne pas altérer les résistances mécaniques des joints de colle, voire même d’éviter les
délaminations. Pour cela il est recommandé de stabiliser les bois avant le collage dans les conditions
climatiques d’utilisation et les différences hygrométriques entre les lamelles ne doivent pas excéder
3% [81]. Afin d’avoir une bonne uniformité de la teneur en eau des lames en climat tropical, un
séchage artificiel du bois suivi d’un ressuyage à l’air libre est recommandé [81]. Le séchage
artificiel permet l’uniformité hygroscopique et la stabilisation naturelle évite la création de
contraintes trop élevées [82].
Pour ce qui est de la température, elle influence principalement les caractéristiques des colles. En
effet, une température élevée (>30°C), entraîne une durée de vie limitée des adhésifs ainsi qu’une
polymérisation plus rapide de la colle, pénalisantes pour la fabrication car les temps d’assemblages
sont raccourcis [55].
L’utilisation de bois tropicaux pour la fabrication d’un produit collé amène d’autres problèmes liés
aux caractéristiques intrinsèques du matériau ligneux. En effet, la densité importante du bois, le
contrefil marqué, les extractibles, l’anisotropie élevée ont une grande influence sur le processus de
collage [62, 81].
En fonction des caractéristiques intrinsèques du bois, plusieurs étapes, avant et pendant le collage,
sont préconisées afin d’améliorer la résistance de l’assemblage voulu. Par exemple, des
recommandations possibles pour obtenir un collage correct sont regroupées dans le tableau 4, en
fonction de certaines caractéristiques pénalisantes.
48
Tableau 4: Recommandations pour le collage de bois difficiles à coller [55]
Recommendations
Dense
Poreux
Forte rétractibilité
Carbonisation
Présence de résine ou matières grasses
Encollage double face
Augmentation de la viscosité de la colle
Procédé à deux encollages
Augmentation du grammage
Augmentation de la température d’encollage
Augmentation de la température de séchage des lames ( >70°C)
Augmentation du temps d’assemblage fermé
Augmentation de la pression de serrage
Rainurage des faces longitudinales
Ponçage des lamelles avant collage
Réduction de la section des lames
1. Cas des bois denses (D12>0,7) : Plus la densité est grande, plus les problèmes sont
nombreux. Les bois peu denses (Masse Volumique < 650 kg/m³ à 15% d’humidité), ne
posent en principe pas de problème pour le collage [83]. En revanche, avec une masse
volumique supérieure à 700 kg/m³, les problèmes sont nombreux et nécessitent des
traitements particuliers (tableau 4 [55]). Ces problèmes résultent du fait que l’eau contenue
dans la colle stagne dans le plan de collage, ne pouvant migrer vers les interstices
d’adhésion, affectant ainsi la mouillabilité du matériau et ralentissant le durcissement de la
résine [71]. Pour ces bois il est recommandé d’appareiller correctement les lamelles dont
l’épaisseur ne doit pas excéder 40mm [84].
2. Cas des bois poreux : Le principal problème est lié à la forte capacité d’adsorption du
support, ce qui risque de créer des joints maigres, présentant une faible adhérence [58].
Ainsi à porosité élevée, le grammage de la colle, la température de polymérisation et le
temps d’assemblage peuvent être augmentés [80]. De plus, certaines essences présentes des
porosités hétérogène (faible dans le duramen et forte dans l’aubier) pouvant créer des joints
de colle non homogène, surtout si l’aubier n’est pas distinct, ce qui est parfois le cas pour
des bois tropicaux.
49
3. Cas des bois à forte rétractibilité : Dans le cas de fortes variations d’humidité, des études
scientifiques ([62], [81] et [85]) ont conclu que l’anisotropie du bois n’est pas un facteur si
contraignant que prévu. Toutefois, pour que l’étape de collage se passe correctement et pour
éviter l’apparition de craquelures dans les joints de colle, due à de fortes énergies libérées
par la distorsion des lamelles, la température de polymérisation peut être augmentée [80].
Cependant, afin de limiter des contraintes trop importantes dans les joints de collage, il a été
recommandé, par une étude menée sur le collage de bois africain, que l’anisotropie de
l’essence utilisée soit inférieure ou égale à 2 [81]. Cette limite permet d’éviter un trop grand
écart entre les retraits radial et tangentiel, qui ne s’expriment pas librement lors d’un
assemblage par collage. Dans cette même optique, pour la fabrication de lamellé-collé
panaché, les retraits des différentes essences utilisées doivent être assez proches les uns des
autres [85].
4. Cas des bois se carbonisant : En se carbonisant lors des étapes d’usinage (surtout si le bois
est siliceux ou contrefilé), le bois présente des irrégularités de surface avant encollage. De ce
fait, un mauvais contact des éléments à assembler peut survenir, créant ainsi des joints non
uniformes et un mauvais mouillage des surfaces.
5. Cas des bois résineux ou contenant des matières grasses : Un autre problème souvent
rencontré lors du collage de bois tropicaux est la présence des résines, migrant à la surface
du bois lors de son séchage [86]. Il en résulte un mouillage imparfait de la surface du bois,
empêchant l’affinité chimique entre le bois et la colle. Ces contaminants bouchent les pores
du matériau et empêchent donc la pénétration de l’adhésif [87, 88]. Pour cela, il est
préconisé de « cuire » le bois afin de limiter ces contaminations, lors de l’encollage [80].
Cette cuisson se fait par un séchage artificiel à haute température [89]. Poncer les lamelles
avant le collage peut aussi enlever les résines ou les contaminants. Bien évidemment,
l’encollage doit être réalisé dans la foulée afin d’éviter une nouvelle contamination de la
surface [42][90].
50
Beaucoup de paramètres, développés plus haut, ont été étudiés ainsi que leurs influences sur le
collage. Mais d’autres peuvent influer négativement l’adhésion comme le contrefil. Il en résulte que
pour ce paramètre, une limite d’angle a été formulée. Coffin et al. en 1981 ont montré que des bois,
dont le contrefil a une pente supérieure à 10°, présentent des collages à résistance quasiment nulles.
Dans les années 80, des études ont été menées au Centre Technique Forestier Tropical de Nogent
sur Marne, soulignant l’influence de certains paramètres de collage sur la tenue des assemblages
avec des bois tropicaux. En agissant sur le grammage et la pression à appliquer pour le collage de
bois durs, les essais ont montré qu’il existe un optimum de pression (6 bars pour le Movingui
(Distemonanthus benthamianus)) au-delà duquel le grammage diminue du fait que la colle est
chassée des plans de collage par l’excès de pression (confirmant des études préalables de Carrutters
et Paxton, 1960, [91]). Pour de petites pressions, c’est la porosité du bois qui rentre en jeu,
expliquant ainsi les variations de grammage final en fonction des essences [63]. Cette même étude
montre aussi que, plus les bois sont denses plus la pression optimale est élevée. Ceci reste vrai si le
temps d’assemblage est lui aussi augmenté, sinon l’adhésif est chassé par la pression avant même
que la colle ne pénètre correctement dans le bois.
Dans le même temps, d’autres essais menés au Gabon sur des bois tropicaux africains ont conclu
que la fabrication de lamellé-collé structurel endémique est possible uniquement avec la colle
résorcine et en augmentant les paramètres de collage préconisés par le fabricant (Pression,
grammage, temps d’assemblage [81]). Cependant, avec l’évolution des technologies et des colles, la
résorcine n’est plus le seul adhésif utilisable pour la fabrication d’éléments structuraux. En effet,
depuis les dernière années, les colles de type urée-formol ont évolué et sont reconnues comme
suffisamment résistantes pour des emplois en structure (Mélamine Urée Formol).
51
1.5 Conclusion de l’état de l’art
Connaissant l’importance du couvert forestier guyanais et sa sous-valorisation, il apparaît évident
que des essences de bois encore peu ou mal utilisées puissent être valorisées en les utilisant pour la
fabrication d’un produit à forte valeur ajoutée. En effet, la fabrication d’une poutre en bois lamellé-
collé permet la reconstitution de lamelles de bois misent bout à bout pour l’obtention de la longueur
souhaitée (assemblage par aboutage). La retombée souhaitée de la poutre est obtenue par le collage
des lames les unes sur les autres (assemblage par lamellation). Ainsi, des bois de petit diamètre et
ayant des caractéristiques physico-mécaniques intéressantes peuvent être exploitées sans pénaliser
l’industrie.
Cependant, l’étape critique du collage de bois guyanais en climat néotropical doit être bien
maitrisée et est source de difficultés quant à la réalisation d’un tel produit. En effet, les matières
premières sont sensibles aux humidités élevées (résistances mécaniques du bois plus faibles et
l’adhésion est gênée). De fortes températures accélère la polymérisation de l’adhésif et en réduit sa
durée de vie. Et l’utilisation de ces bois engendre des contraintes supplémentaires dues aux
caractéristiques intrinsèques du matériau : forte densité, présence d’extractibles, contrefil marqué…
52
CHAPITRE 2: Conception et
caractérisation normalisées des poutres
en bois lamellé-collé
La conception et la caractérisation du bois lamellé-collé sont régies par des normes européennes.
Elles permettent de valider, dans un premier temps, l’assemblage par collage en lamellation (test de
délamination et test de cisaillement du joint de colle) et, dans un second temps, la reconstitution des
lames de bois par aboutage (test en flexion des aboutages). Enfin, la caractérisation mécanique
permet d’évaluer la résistance du bois lamellé-collé en fonction des différentes sollicitations
(flexion, cisaillement…)
2.1 Tests de validation de l’assemblage par
collage Les tests de validation des assemblages par collage, présent dans la fabrication du bois lamellé-
collé, sont de deux types. Un test de vieillissement artificiel permet d’apprécier la résistance de
l’assemblage par lamellation aux variations d’humidité (test de délamination). Les tests mécaniques
évaluent la résistance, du joint de colle en lamellation au cisaillement, et l’assemblage par aboutage
à la flexion.
Les tests de délamination et de cisaillement pour la validation de l’assemblage par lamellation sont
réalisés sur des échantillons parallélépipédiques normalisés, dont les dimensions sont données par la
figure 14.
Figure 14: Dimensions des échantillons de délamination (a) et de cisaillement (b) en (mm)
(a)
92
90
75
92
45
45
(b)
53
2.1.1 Test de délamination suivant la norme
NF EN 391
Dans les tests de délamination, les échantillons normalisés sont plongés dans un autoclave où 2
cycles de vide/pression. Tout d’abord, un vide de l’ordre de 1 bar est appliqué pendant 15 minutes.
Le but est de créer un vide cellulaire dans les échantillons de bois. Puis, les échantillons de bois sont
immergés dans l’eau sous une pression de 6 bars pendant une heure, obligeant les vides cellulaires
accessibles à se gorger d’eau. A la fin de ce temps, un second cycle de dépression et pression sont
réappliquées selon le même mode. Les échantillons sont ensuite séchés pendant 21h dans une
cellule climatique, avec une humidité relative de l’air inférieure à 15% et une température comprise
entre 60 et 70°C. Tous ces paramètres respectent la norme NF EN 391 [92]. Lors de ces cycles, la
norme propose le remplissage de l’enceinte climatique au maximum de 10% de sa capacité (dans
notre cas, nous l’avons rempli à 7%).
A la fin du cycle de séchage, les fentes opérant dans les joints de colle, sur les faces en bois de bout,
sont mesurées à l’aide d’un pied à coulisse électronique. Ces mesures doivent être réalisées dans
l’heure qui suit la sortie de l’enceinte climatique, avant que le bois ne regonfle sous l’effet de
l’humidité environnante et fausse la lecture des résultats. Le taux D de délamination est alors établi
comme le rapport entre les longueurs des fentes (délamination) mesurées et la longueur totale des
joints de colle.
Le test est concluant si le taux D de délamination est inférieur à 10% (équation 5).
∑
∑ (5)
A l’issue d’un premier test satisfaisant, un nouveau test de délamination est reconduit sur les mêmes
échantillons. Les conditions de collage sont alors validées pour le test de délamination si les
échantillons ne dépassent pas les 10% de délamination au terme des deux cycles.
54
2.1.2 Test de cisaillement suivant la norme NF
EN 392
Les plans de collages des échantillons normalisés destinés au test de cisaillement sont
successivement cisaillés avec une presse de laboratoire (presse MTS) selon le principe mécanique
indiqué par la figure 15. Il est préconiser de stabiliser préalablement les échantillons de bois à 12%
d’humidité. Pour chaque joint de colle, on évalue la contrainte de cisaillement, fv et le pourcentage
d’arrachement des fibres A.
Figure 15: Principe mécanique du test de cisaillement
Selon la norme en vigueur [93], les résultats sont concluants si le taux d’arrachement A et la
contrainte fv sont dans les proportions indiquées par le tableau 5.
Tableau 5: Valeurs minimales à atteindre pour un résultat correct de cisaillement
fv (MPa) A (%) fv (MPa) A (%) fv (MPa) A (%)
[4 ; 6[ >75 [6 ; 11[ >45 ≥11 >20
Avec :
fv : la contrainte maximale minorée selon la norme,
A : le paramètre qui permet d’apprécier la tenue de la liaison interfaciale entre le joint de colle
et le bois, elle est obtenue par mesure visuelle.
45 mm
Partie de
l’échantillon
encastré
Joint de colle
testé
Force appliquée à
moins d’1 mm du joint
de colle
55
En plus des paramètres précédents, la bibliographie préconise de calculer le taux de rupture R [11].
Il correspond au rapport entre les contraintes de cisaillement maximales, dans le joint de colle et le
bois massif. Le joint est résistant si le taux de rupture R est supérieur à 80% pour un taux
d’adhérence supérieur à 50%.
2.1.3 Validation d’un assemblage par
aboutage
2.1.3.1 Test de résistance des aboutages suivant la
norme NF EN 385 La rupture du bois lamellé-collé se produit dans les endroits les plus faibles, qui peuvent être soit
des nœuds, soit des joints d’aboutage [74]. De ce fait, pour évaluer la caractéristique mécanique du
lamellé-collé guyanais, il est primordial de déterminer la résistance mécanique en flexion des
aboutages. Ainsi, chaque essence de bois fera l’objet d’aboutages testés en flexion 4 points, sur face
et sur chant une fois les éprouvettes stabilisées à 12% d’humidité (figures 16 et 17) [94]. Ces deux
tests sont conformes à celui décrit par la norme NF EN 408 afin d’en déterminer leur module local
d’élasticité en flexion (Em,l) et la résistance à la flexion fm [95].
Le module local d’élasticité en flexion est donné par l’équation suivante :
(6)
Avec :
F2-F1 est l’accroissement de force sur la partie linéaire de la courbe force/déplacement (N)
w2-w1 est l’accroissement de flèche mesurée au centre de la portée et au centre de la rive, ici,
de traction (mm)
I est l’inertie de l’éprouvette (bh³/12) en mm4 avec b la largeur et h la hauteur de l’éprouvette
l1 est la longueur de base pour déterminer le module d’élasticité (mm)
a est la distance entre un point de chargement et l’appui le plus proche (mm)
56
Le module locale d’élasticité en flexion est donné par :
(7)
Avec :
Fmax est la force maximale en N
a est la distance entre un point de chargement et l’appui le plus proche (ici 18mm)
b est la largeur de l’éprouvette (mm)
h est la hauteur de l’éprouvette (mm)
Du fait du bâti de test disponible et des bois approvisionnés, les éprouvettes d’aboutage sont
dimensionnées, une fois aboutées, en 37x27x580mm³ et en 27x37x580mm³ respectivement pour la
flexion sur chant et sur face. L’assemblage par entures multiples est positionné au centre de la
portée de l’éprouvette. Il est représenté en rouge sur les figures suivantes :
Figure 16: Dispositif d’essai pour mesurer le module local d’élasticité en flexion de l’aboutage sur chant (NF EN
408)
57
Figure 17: Dispositif d’essai pour mesurer le module local d’élasticité en flexion de l’aboutage à plat (NF EN 408)
Les humidités relevées sur les éprouvettes dépassaient les 12 % mais étaient stabilisées entre :
15 et 16% pour le Q. rosea
13 et 14% pour le P. venosa et
15 et 17% pour le D. guianensis.
Ainsi, les modules d’élasticité locaux, Em,l, et les résistances à la flexion, fm, ont été ramenés à 12%
d’humidité grâce à la formule de Kollman et Gerhards [20], présentée dans l’analyse
bibliographique (cf. § 1.2.5.5 tableau 3).
De plus, un effet d’échelle est à prendre en compte pour les résultats. En effet, selon la norme NF
EN 384, les valeurs caractéristiques déterminées en flexion pour des bois massifs de section
rectangulaire, doivent se faire pour une retombée de référence de 150mm [96]. Or, les sections
testées étant inférieures à celle-ci doivent être ramenée à cette retombée de référence grâce au
coefficient kh défini par l’équation 8.
(
)
(8)
58
2.1.3.2 Critères de validation de la qualité de
l’aboutage Pour l’aboutage, les entures s’emboitent et se serrent de sorte que l’assemblage ne puisse être défait
permettant la manipulation des lames reconstituées avant que la colle soit polymérisée. C’est le
mécanisme d’auto-serrage. De plus, lorsque les entures s’emboitent sans laisser de jeu, alors on
parle d’un emboitement « à toc ».
Le caractère auto-serrant de l’aboutage est dû à une différence entre les méplats des entures
(l’épaisseur de l’extrémité de l’enture (β) est supérieure l’épaisseur du fond de l’enture, ɤ) comme le
présente la figure 18. Ainsi, si l’extrémité de l’enture est plus faible que le fond de celle-ci, il n’y a
plus d’auto-serrage de l’aboutage, créé par la déformation due à l’emboitement de l’enture mâle
dans l’enture femelle.
Figure 18: Schéma de l’aboutage utilisé
Lors d’un aboutage sans jeu, ou « à toc » (S=0), un écrasement de l’enture mâle dans l’enture
femelle se produit. Il est donné par l’équation 9 et présenté par la figure 19.
(9)
La figure 18 présente l’emboitement « à toc » d’une enture mâle (bleue et rouge sur la figure) dans
une enture femelle (noir). Sur cette figure l’écrasement est identifié pour les deux faces de l’enture
mâle, équivalent à : (β - ɤ)/2.
59
Figure 19: Schéma de l’écrasement de l’enture mâle lors d’un emboitement « à toc »
On peut donc considérer qu’un emboîtement « à toc » revient à créer une déformation dans le bois
du système d’enture, donnée par l’équation 10.
(10)
Avec P le pas de l’aboutage,
Afin de ne pas avoir de fissure dans l’éprouvette au niveau de l’aboutage, il faut que la contrainte de
traction perpendiculaire au fil engendrée par l’écrasement de l’enture mâle dans l’enture femelle
soit inférieure à la contrainte de rupture en traction transverse, ft,90,r ,
De plus, la valeur moyenne du module d’élasticité perpendiculaire au fil E90, est donnée par
l’équation 11, suivant la norme NF EN 338 grâce au module d’élasticité longitudinal parallèle au
fil, El [97]:
E90 = El/15 (11)
Ainsi, pour éviter le risque de fissuration de l’éprouvette, le fond de l’enture doit respecter
l’inégalité suivante :
[
] (12)
Avec ft,90,r, la contrainte de rupture en traction transverse du bois massif.
60
2.2 Tests de caractérisation des poutres
homogénéisées
Pour la caractérisation mécanique des poutres lamellé-collé homogénéisées, les lames, aboutées,
constituant les échantillons seront encollées suivant les conditions de collage établies à la fin des
tests de validation d’un collage structural par lamellation. Les aboutages des lames seront faits de
telle sorte que ces assemblages soient décalés les uns des autres lors de la constitution de la poutre.
Avant chaque test, les poutres doivent être stabilisées à 12% d’humidité.
2.2.1 Caractérisation en flexion 4 points
suivant la norme NF EN 408
Comme pour les aboutages, un test de flexion 4 points sur les poutres lamellé-collé homogénéisées
doit être réalisé conformément à la norme européenne NF EN 408 présentée par la figure 20 [95].
Figure 20: Dispositif d’essai pour mesurer le module local d’élasticité de la poutre homogénéisée (NF EN 408)
La mesure du module d’élasticité doit se faire sur les deux faces de la poutre. Pour cela, un premier
essai est réalisé sur une face, et le chargement doit rester dans la limite élastique de la poutre. Puis,
la poutre est retournée et le test de flexion 4 points est, cette fois-ci, conduit jusqu’à la rupture de
l’échantillon. Ces deux chargements permettent une double mesure de l’accroissement de la force
par rapport au déplacement, mesuré par la flèche. Le module d’élasticité local et la résistance à la
flexion sont respectivement déterminés par les équations 6 et 7.
61
De plus, un effet d’échelle est à prendre en compte pour les résultats. En effet, selon la norme NF
EN 1194, les valeurs caractéristiques déterminées par la flexion 4 points sur des poutres lamellé-
collé de section rectangulaire, doivent se faire pour une retombée de référence, h, de 600mm et une
largeur b de 150 mm [98]. Or, le bâti de serrage ne permettant pas de réaliser de telles sections, les
résultats des essais doivent être multipliés par le coefficient kdimension défini par l’équation 13.
(
)
(
)
(13)
Afin de déterminer le module global d’élasticité de la poutre homogénéisée, un 3ème
capteur de
flèche est installé au sol au milieu de la longueur de la poutre afin de relever la flèche apparente
induite par la flexion (figure 21).
Figure 21 : Dispositif d’essai pour mesurer le module global d’élasticité de la poutre homogénéisée (NF EN 408)
D’après la norme NF EN 408, le module global d’élasticité est donné par l’équation 14.
(
) (14)
Avec :
F2-F1 est l’accroissement de force sur la partie linéaire de la courbe force/déplacement (N)
w2-w1 est l’accroissement de flèche en mm mesurée au centre de la portée (mm)
b est la largeur de la poutre (mm)
h est la hauteur de la poutre en mm
l est la longueur de base pour déterminer le module d’élasticité (mm)
a est la distance entre un point de chargement et l’appui le plus proche (mm)
G est le module de cisaillement de l’essence de bois. S’il n’est pas connu, G peut être pris
comme l’infini.
62
2.2.2 Détermination du module de
cisaillement Le laboratoire, n’ayant pas de bâti nécessaire au test de cisaillement en torsion, demandé par la
norme NF EN 408, une méthode théorique pour déterminer le module de cisaillent sera utilisée.
En effet, lors d’une flexion 4 points sur une poutre de lamellé-collé rectangulaire de grande
longueur (18h), la flèche totale apparente est principalement induite par le moment de flexion (M)
mais une petite partie est générée par l’effort tranchant (T), faisant intervenir le module de
cisaillement (G).
Figure 22 : Schéma d’une poutre rectangulaire sur deux appuis chargée en flexion en 2 points
Ainsi la flèche totale f1, mesurée à la position 1 sur la figure 22, est donnée par l’équation 15 dans le
cas d’une poutre chargée en 2 points (figure 21).
⁄
(15)
Avec :
P est la force appliquée par point de chargement (N)
E est le module d’élasticité (N/mm²)
I est l’inertie de l’éprouvette (bh³/12) en mm4 avec b la largeur et h la hauteur de l’éprouvette
K est le coefficient réducteur de la section, égal à 5/6 pour une poutre rectangulaire
G est le module de cisaillement (N/mm²)
S est la section de la poutre (mm²)
L/3 L/3 L/3
P P
L/2
Mesure de la flèche Point d’application de la charge
Point d’appui
2 1
63
Or entre les deux points de chargement, cette section de la poutre est équivalente à une poutre
soumise à une rotation (figure 23)
Figure 23 : Schéma d’une poutre sur deux appuis soumise à une rotation
Dans ce cas de figure la flèche totale induite par cette rotation est donnée par l’équation 16. Cette
flèche totale est la déterminée par la différence des flèches mesurées en position 1 et 2 sur la figure
22, respectivement f1 et f2.
⁄ ⁄
(16)
La flèche due à l’effort tranchant est nulle dans ce cas-ci car, lors d’une flexion 4 points, le moment
de flexion est constant entre les deux appuis. Cette fois-ci la flèche totale est la différence entre
celle mesurée en position 1 et celle relevée en position 2 par la flexion 4 points (figure 22).
Depuis l’équation 16 on en détermine E (équation 17).
(17)
Ainsi, en remplaçant l’équation 17, dans l’équation 15, on en détermine le module de cisaillement
G, donné par l’équation suivante.
[
]
(18)
L/3
Couple induit par la charge appliquée lors de la flexion 4 points
Point d’appui
64
CHAPITRE 3: Partie expérimentale
Cette partie présente la méthodologie mise en place afin de réaliser les échantillons nécessaires pour
les tests normalisés, présentés en partie 2. De ce fait, les matières premières, bois et colles, ont été
sélectionnées ainsi que le bâti de serrage (§3.1.1 et § 3.1.2). De plus, afin de comprendre les
mécanismes d’adhésion, des tests de mouillabilité ont été réalisés grâce à un goniomètre présenté au
§ 3.1.4. Enfin, pour valider un collage structural, plusieurs campagnes de collage par lamellation et
par aboutage ont été conduites (§ 3.1.5) et les résultats sont présentés dans la suite de cette partie.
3.1 Matériels et méthodes
3.1.1 Choix des matières premières et des
conditions de collage
3.1.1.1 Choix des essences de bois L’hétérogénéité de la forêt guyanaise et le nombre important d’espèces ligneuses recensées
localement offrent un large panel d’essences de bois susceptibles d’être étudiées pour le projet.
Compte tenu du temps imparti et de l’échantillonnage nécessaire pour les tests requis lors de la
conception, seuls une dizaine de bois peuvent être sélectionnés. Pour ce faire, il a été primordial de
trier les essences en fonction de certains critères tenant compte des contraintes industrielles, de
résistance et de durabilité,[11], à partir de l’étude bibliographique.
Du fait de la dimension industrielle de ce projet, le premier critère de sélection fût la disponibilité
de la ressource en bois exploitables répertoriée par les inventaires forestiers de l’Office National des
Forêts. En effet, afin d’alimenter une ligne de production, une certaine quantité de matière première
est nécessaire pour qu’un tel investissement soit rentable. Concernant la fabrication de lamellé-
collé, le plus petit outil de production actuellement sur le marché requiert un volume de 2000 m³/an
de produits finis pour ne pas être en sous-production (pénalisant pour une industrie). Compte tenu
des rendements des scieries, des déchets bois lors de sa transformation…, un volume de 2000 m³/an
finis représente près de 4500 m³/an de grumes, ce qui a constitué le premier filtre de la sélection
afin d’envisager un approvisionnement pérenne pour le futur.
65
Les autres critères de sélection des essences de bois résultent d’une compilation des préconisations
rédigées dans des guides de collage du bois ainsi que dans des articles scientifiques. Celles-ci
concernent principalement deux paramètres fondamentaux du bois : la densité ainsi que la
rétractibilité.
Le premier paramètre concerne la densité du bois, influençant grandement la résistance mécanique
du produit et l’aptitude au collage des bois. En effet, une essence ligneuse dont la densité est
supérieure à 1 présente plus de contraintes au collage que des bois de densité plus faible. Pour ce
faire, tous les matériaux sélectionnés possèdent une densité moyenne inférieure à cette limite de 1,
évitant donc des contraintes trop fortes lors du collage de bois durs.
Les deux critères de sélection suivants concernent les retraits du bois. Ainsi, le retrait volumique
total moyen (RB) doit être inférieur à 15%, évitant de retenir des bois trop nerveux engendrant des
problèmes au séchage (gerces, fentes, vrillage…) ainsi que sur leur capacité de collage. De même,
une anisotropie du bois Rt/Rr
trop élevée engendre des problèmes de cisaillement dans les plans de
collage lors de la constitution d’un produit lamellé en conditions industrielles. Pour cela un rapport
inférieur à 2.2 entre le retrait tangentiel et le retrait radial de chaque essence a été utilisé pour filtrer
les bois susceptibles d’être collés.
D’autres paramètres, secondaires, ont été utilisés pour la sélection concernant la résistance
mécanique du bois ainsi que sa qualité intrinsèque. Les espèces ligneuses ont donc subi une
sélection sur leur module d’élasticité longitudinal et sur la présence de contrefil.
EL > 10000 MPa (Valeur du module d’élasticité longitudinal de l’Epicéa communément
utilisé pour la fabrication de poutres en bois lamellé-collé).
Contrefil peu marqué (présentant un angle de fil <10°) influençant énormément le vrillage
des sciages et augmentant les déformations liées à l’anisotropie de la rétractibilité du bois.
En partant des bases de données existantes, et avec l’application des différents critères cités ci-
dessus, onze essences répondent à ces critères (voir tableau 6). Parmi elles, trois seront retenues (Q.
rosea, P. venosa et D. guianensis représentés en gras dans le tableau 6) car elles offrent une rapidité
d’approvisionnement par les scieurs. De plus, ces bois sont déjà bien connus par les exploitants
forestiers et sont déjà classés mécaniquement en vue de la réglementation sur le marquage CE ainsi
que sur l’obtention de la certification européenne pour la mise sur le marché de lamellé-collé
structurel.
66
Tableau 6: Liste des essences sélectionnées pour le projet et leurs caractéristiques.
Nom Latin Nom
Vernaculaire D12 RB Rt Rr Rt/Rr Rcham Rter Impr CE Rpot
Eriotheca crassa Maho Coton 0,58 13,13 8,43 4,70 1,79 5 S 1 1 7757
Erisma uncinatum Jaboty 0,59 14,30 9,73 4,74 2,05 3 S 2 2 7322
Couratari spp Mahot Cigare 0,62 12,56 7,44 4,76 1,56 5 S 1 1 18165
Inga Alba Bougouni 0,66 12,90 6,90 3,40 2,03 4 S 3 1 4683
Terminalia spp Anangossi 0,67 15,00 10,87 4,77 2,28 3 M 3 2 8381
Qualea Rosea &
Ruizterania albiflora Gonfolo 0,70 14,44 9,74 5,80 1,68 3 S 2 2 10485
Micropholis spp Balata Blanc 0,75 13,79 7,88 4,84 1,63 4 D 2 1 30647
Pseudopiptadenia spp Alimiao 0,79 12,04 6,94 4,66 1,49 3 M 3 2 12097
Dicorynia guianensis Angélique 0,79 13,50 8,24 5,13 1,61 2 M 3 3 161063
Peltogyne venosa Amarante 0,84 11,47 6,80 4,83 1,41 3 D 3 3 5189
Goupia glabra Goupi 0,84 13,63 8,28 4,25 1,95 3 D 2 2 18419
Avec :
D12 : Densité moyenne à 12% d’humidité
RB : Retrait volumique total moyen (en %)
Rt : Retrait tangentiel total moyen (en %)
Rr : Retrait radial total moyen (en %)
Rt/Rr : Anisotropie moyenne
Rcham : Résistance naturelle aux champignons
Rter : Résistance naturelle aux termites (cf. § 1.2.3)
Impr : Imprégnabilité des bois (cf. § 1.2.3)
CE : Classe d’Emploi couverte sans traitement
Rpot : Ressource potentielle par an (en m³)
3.1.1.2 Choix des adhésifs Le choix des colles pour la réalisation de ce projet fût moins complexe que celui des essences de
bois. Dans un premier lieu, la sélection des adhésifs s’est faite sur des produits du commerce actuel.
De plus, et afin de respecter les normes européennes, seul deux types de colles sont acceptés pour la
création de lamellé-collé à destination de la construction. Ces deux colles sont la Mélamine-Urée-
Formol et la Phénol- Résorcinol- Formaldéhyde (décrites § 1.3.2.1), dont les principales propriétés
sont rappelées dans le tableau 7.
67
Tableau 7 Avantages et inconvénients des adhésifs choisis pour l’étude
MUF PRF
Avantages Inconvénients Avantages Inconvénients
Résistante à l’humidité Sensible aux
températures élevées.
Résistante à l’humidité
et aux températures
élevées
Prix
Bonne résistance
mécanique
Mélange collant
sensible aux variations
de dosage
Mélange collant flexible
aux erreurs de dosage
Réglementations de
plus en plus strictes sur
l’émission de
formaldéhyde
Prix Sensible aux
intempéries
Bonne résistance
mécanique
Circuit de
refroidissement
nécessaire pour
l’encolleuse (réaction
exothermique)
D’après les résultats bibliographiques (cf. § 1.4.2.) sur des études de fabrication de lamellé-collé en
bois exotique, il apparaît que la résorcine soit la colle la plus adaptée pour une utilisation en climat
tropical. Malgré cette aptitude, illustrée durant les dernières décennies, l’évolution technologique et
les recherches menées par les fabricants de colle ont permis l’évolution de certains adhésifs comme
la MUF. De ce fait, cette colle a elle aussi été étudiée en changeant ses paramètres d’application.
3.1.1.3 Détermination des paramètres de collage
étudiés Basé sur les préconisations des fabricants d’adhésif, les paramètres de collage à étudier ont été
déterminés en fonction du contexte du sujet (bois difficile à coller et collage en climat tropical). En
effet, pour une rentabilité économique à la mise en place d’une ligne de production, toutes les
étapes de collage se font en climat ambiant, c'est-à-dire en extérieur abrité. De ce fait, l’hygrométrie
et la température d’ambiance de collage ne sont pas maitrisées, tout comme celles des bois prêts à
être encollés. L’étude s’est donc portée sur 3 paramètres interdépendants agissant sur l’état du joint
obtenu: Le grammage de la colle, le temps d’assemblage fermé, et la pression de serrage.
Le grammage est le paramètre réglant la viscosité de la colle à appliquer sur les surfaces à
assembler. Ce paramètre régule l’étalement de la colle ainsi que la quantité escomptée.
Notons par ailleurs que le grammage dépend de la part de durcisseur que l’on mélange à
l’adhésif.
68
Le temps d’assemblage fermé représente le temps écoulé entre l’assemblage de la première
lame encollée et la mise sous pression de la poutre. Ce temps est nécessaire pour laisser la
colle pénétrer dans le bois et pré-polymériser avant le serrage.
La pression traduit la force appliquée lors du serrage des lames.
Les grammages utilisés pour cette étude sont considérés pour un encollage double face des lames,
préconisation issue de la recherche bibliographique. Ils sont présentés dans le tableau 8.
Tableau 8: Paramètres de collage étudiés
3.1.2 Descriptif de la presse utilisée Au début de l’expérimentation, le serrage des échantillons a été réalisé avec une presse de
laboratoire MTS. Cependant une panne sur la machine a réorienté le matériel utilisé pour le serrage
des lamelles. Ainsi, pour la réalisation des échantillons, l’étape de serrage s’est faite sur une presse
traditionnelle pilotée manuellement en déplacement par des vis (figure 24). Du fait que ce bâti soit
soudé, l’entraxe entre les vis de serrage est équidistant et fixé à 430 mm. Grâce aux six vis
disponibles, trois espaces de collage interdépendants sont disponibles pour la réalisation des
échantillons. Ainsi la longueur des lamelles acceptable pour chaque espace disponible sur la presse
est de 700 mm.
Afin de ne pas écraser les lames devant être en contact avec les vis de serrage et pour homogénéiser
la pression au niveau des interfaces de collage, des martyrs ont été placés entre le système de
serrage et les poutrelles mises sous pression. Du fait de la disponibilité d’un bois dur au laboratoire
(densité de 1.1 et dureté de 221), les martyrs ont été réalisés en Tabebuia serratifolia de section 100
× 100 mm² avec une longueur supérieure à celles des planches encollées (750 mm).
1 La dureté est en étroite corrélation avec la densité. Elle est définie par l’indice de Monnin suivant la norme NF B 51-
013. Un bois est dit dur si son indice est supérieur à 9.
Do
nn
ées
Résorcine (RPF) Mélamine (MUF)
Grammage
(g/m²)
Temps fermé
(min)
Pression
(N/mm²)
Grammage
(g/m²)
Temps fermé
(min)
Pression
(N/mm²)
250 5 0.4 250 5 0.7
750 10 0.7 500 10 1
1500 20 1 750 20 1.2
Fab. 1000 5-10 1.2-1.8 500 5-10 0.8-1.2
69
Figure 24 Schéma du bâti de serrage utilisé pour le collage des échantillons
Le serrage des vis se fait à l’aide d’une clé dynamométrique, étalonnée afin d’obtenir le couple de
serrage nécessaire à la pression demandée (tableau 9). Ce système de serrage nécessite de réajuster
la pression toutes les 2h environ, en raison du rétrécissement des joints de colle durant le serrage.
Tableau 9 : Tableau d’étalonnage de la clé dynamométrique
Clé
dynamométrique
N/m
Anneau
dynamométrique
N
Pression théorique
appliquée par une vis
N/mm²
Pression théorique au
niveau du plan de
collage
N/mm²
44.33 13300 0.20 0.40
77.58 23275 0.35 0.70
110.83 33250 0.5 1
La dernière colonne présente les pressions souhaitées au niveau des joints de colle pour des lames
de 95x700 mm² et la première regroupe les couples, indiqués sur la clé dynamométrique, permettant
d’atteindre, dans un cas idéal, les pressions théoriques à appliquer. Cet étalonnage s’est effectué
avec un anneau dynamométrique placé entre les deux martyrs en Tabebuia serratifolia afin de lire
les pressions réellement appliquées par les couples de serrage.
Vis de serrage Martyrs en Tabebuia. serratifolia Deux poutrelles de Q. rosea
sous pression
70
3.1.3 Réalisation des échantillons
3.1.3.1 Réalisation des échantillons de validation du
joint de colle par lamellation Les bois utilisés dans cette étude proviennent par paquet de la scierie du Larivot en Guyane où ils
sont préalablement séchés pendant trente jours. Arrivé au Cirad pariacabo où la majorité des tests
ont été réalisés, ils sont laissés à stabiliser à l’air libre pendant environ deux mois, en exposition
optimale. Avant transformation, les planches présentaient une humidité comprise entre 14 et 18%,
selon l’essence de bois (en moyenne 17%, 15% et 14% respectivement pour le Q. rosea, le P.
venosa et le D. guianensis). Notons que dans un souci de variabilité intra-arbre, cinq billions de
provenances différentes ont été sciés pour l’approvisionnement des tests, constituant ainsi un
échantillonnage suffisant.
Une fois stabilisées, les planches sont dégauchies, rabotées puis débitées selon les dimensions
acceptées par la presse utilisée : 28 x 95 x 700 mm.
Avant d’être encollées, les lames de bois sont appareillées de manière à obtenir des échantillons
contraignants en matière de tenue de collage (figure 25). Sur cette figure, les pointillés représentent
la déformée finale après les variations hygroscopiques des lamelles de bois.
Les dosses de bois sont soumises à une rétractibilité tangentielle, deux fois plus forte que celle
radiale, qui s’opère pour les quartiers.
Appareillage homogène en dosse Appareillage hétérogène en
Dosse/Quartier/Dosse
Figure 25 Quelques appareillages contraignants des lamelles pour les tests de délamination
Lors des compositions des appareillages, les lames sont mesurées, pesées, et l’hygrométrie relevée
et vérifiée pour que la différence hygrométrique entre lames n’excède pas 3%, ceci afin d’éviter
trop de contraintes de retrait dans les joints de colle. Enfin, les lames sont marquées par le numéro
de la poutre finale définie comme suit :
71
G R 3 P
Avec :
G = Gonfolo (première lettre du nom vernaculaire de l’essence de bois étudié)
R = Résorcinol-Phénol-formaldéhyde (première lettre de la colle choisie)
3 = Numéro de la poutre testée correspondant à une certaine condition de collage
P (ou H) = Appareillage Panaché (hétérogène) ou Homogène
Une fois les lames prêtes à encoller, le mélange collant est réalisé avec 20 parts de durcisseur pour
100 parts d’adhésif, communément utilisé par les industriels. L’étape critique de l’encollage se
déroule en extérieur abrité, tout comme ce qui se passerait sur une ligne de production en Guyane
française. Ainsi, moyennées sur l’année, les conditions de collage sont définies pour une
température de 30°C et une humidité relative de l’air d’environ 85%.
Le mélange est ensuite appliqué à l’aide d’un rouleau encolleur manuel permettant un encollage
uniforme sur les lames. Cette étape doit se faire le plus vite possible afin que le mélange collant ne
commence pas à prendre : ce temps correspond au temps d’assemblage ouvert. Plusieurs
passages sont effectués afin d’obtenir le grammage désiré, puis les lames sont, appareillées comme
voulu sur la presse et laissées à stabiliser pendant le temps de d’assemblage fermé. Les temps
d’attente sélectionnés permettent au bois d’absorber de la colle avant que la pression ne fasse
échapper la colle des joints. Passé ce délai, les bois sont mis sous pression sur la presse
traditionnelle, présentée au § 2.1.2., pendant un minimum de 6h à l’air ambiant, temps prescrit par
le fournisseur pour un climat tropical.
Une fois les poutres dé-pressées, elles sont pesées et laissées à stabilisation pendant deux semaines.
Elles sont ensuite débitées en cinq échantillons destinés au test de délamination et quatre autres
destinés aux tests de cisaillement des joints de colle. La découpe des poutres se fait par une
alternance des échantillons destinés aux deux tests, permettant une bonne répartition de ceux le long
du produit collé (figure 26).
72
Figure 26 : Mode de débit des poutres pour l’échantillonnage des tests (exemple d’une poutre en P. venosa)
3.1.3.2 Réalisation des échantillons d’aboutage Tout comme pour les campagnes de validation de l’assemblage par collage, toutes les planches de
bois utilisées (35x110x3500mm³) dans cette partie ont préalablement été séchées et laissées à
stabilisation en climat ambiant au CIRAD Pariacabo. Avant toute transformation de celles-ci, une
vérification de l’humidité a été effectuée conformément à la norme EN 13183-1 [99]. Puis des
baguettes de 40 mm de large ont été débitées afin de réaliser 30 échantillons destinés aux tests de
flexion dont 15 seront testées à la flexion sur chant et 15 autres à la flexion sur face.
Une fois, dégauchies, rabotées puis débitées à 300 mm de longueur, les éprouvettes sont profilées à
CBCI moins de 4 heures avant l’encollage. La configuration des entures d’aboutage de type sans
épaulement a été utilisée pour le profilage étant donné sa bonne performance mécanique [100]
(figure 27).
Figure 27: Schéma d'un aboutage sans épaulement
Echantillons de
délamination
Echantillons de
cisaillement
73
Du fait que le lamellé-collé en bois de Guyane est destiné à des emplois en structure, la longueur
des entures doit être d’au moins 15mm de long d’après les normes de fabrication. Ainsi, l’aboutage
réalisé en Guyane présentait des entures de 15 mm de long ayant une géométrie standard comme
définie par la figure 18 (cf. § 2.1.3.2).
L’étape d’encollage de cet assemblage se fait grâce à une spatule afin de peigner correctement
l’aboutage avant pressage entre 50 et 100 MPa en deux secondes (soit 6 à 12 tonnes). Du fait de ce
dispositif, les éprouvettes doivent être profilées afin qu’elles puissent être maintenues par les mors
de traction (ou compression) de la machine lors de l’encollage dynamique sur la machine de
laboratoire MTS (figures 28 et 29). En utilisant cette presse, seulement 10 tonnes pouvaient être
appliquées, et les éprouvettes devaient être guidées et maintenues afin que les entures s’engagent
correctement les unes dans les autres.
Figure 29: Dispositif pour le serrage des aboutages
Une fois l’aboutage réalisé, tous les échantillons sont laissés à stabilisation en ambiance climatique
contrôlée (25°C et 65% d’humidité de l’air) afin d’être soumises aux tests de flexion définis dans la
norme NF EN 408 [95].
Figure 28: Encollage de l’aboutage
74
3.1.4 Descriptif du matériel utilisé pour les
mesures de mouillabilité La mouillabilité est la base de la théorie de l’adhésion par absorption thermodynamique. De
manière générale, la mouillabilité est un critère de caractérisation de ce qui se passe lorsqu’un
liquide vient en contact avec un solide. La forme sphérique d’une goutte sur un support est
caractérisée par l’angle ɵ. Ainsi, plus ɵ est faible, plus le liquide s’étale sur la surface et donc plus le
support est susceptible de favoriser des liaisons chimiques (liaisons « fortes » de type ionique) et
physiques (liaisons « faible » de type Van Der Walls) avec le fluide [66].
Pour réaliser les mesures de mouillabilité, 3 débits par essence ont été utilisés (dosse, quartier et
faux quartier). Afin de reproduire l’état de surface obtenu avant l’encollage pour l’étude de la
lamellation, chaque planche est rabotée à la vitesse de 8m/min le jour même des mesures. En
attendant, les planches sont maintenues à une humidité de 16%, humidité relevée lors de l’encollage
en Guyane durant la saison séche.
De plus, pour que l’étude puisse être comparable avec des bois communément utilisés en lamellé-
collé, le Picea abies et le Larix decidua ont aussi été testés de la même manière que les essences
guyanaises. Le choix du P. abies est tout naturel du fait que cette essence est la plus utilisée pour la
fabrication de lamellé-collé alors que le L. decidua est l’essence ayant servi d’échantillons témoins
lors de la campagne de lamellation. Notons que les débits de ces deux essences (dosses) sont aussi
maintenus à humidité de 16%.
Les mesures ont été effectuées à l’aide d’un goniomètre à angle de contact avec un dispositif de
dépôt des gouttes de volume calibré (figure 30). Cet appareil est équipé de deux réticules, un fixe
(superposé sur la surface de l’échantillon) et un mobile permettant une rotation de ce dernier de
façon à l’amener tangent au profil de la goute déposée sur l’échantillon. La valeur de l’angle de
contact ɵ, est directement lue sur le cadran, solidaire du réticule mobile.
75
Figure 30: Dispositif mis en place pour la mesure de l’angle de contact ɵ
3.1.5 Campagnes expérimentales Cette étude a été menée sur sept campagnes de collage, six pour la détermination des conditions de
collage par lamellation et une sur l’assemblage par aboutage. Pour le collage à plat, cinq campagnes
préliminaires de collage ont été réalisées avec plusieurs réorientations des paramètres de collages,
des colles et/ou du matériel utilisé. Une dernière a servi de validation des paramètres de collage.
La première campagne préliminaire de collage s’est déroulée sur une presse hydraulique mise à
disposition par l’industriel. Les vérins de serrage (en acier) avaient un entraxe de 60 cm. Le collage,
réalisé en climat ambiant (Hr= 85% et T= 30°C), s’est fait avec la MUF en mélange collant de
100 :20 suivant 2 grammages (750 et 1000g/m²), 2 TAF (5 et 20 min) et 1 pression (1 MPa). Seul le
Q. rosea a été utilisé suivant un seul assemblage et 4 poutres de 20 échantillons destinés à la
délamination ont été réalisées. Une seule série de 22 échantillons a été testé (résultats compris entre
80 et 100% de délamination) car les joints de colle réalisés montraient une hétérogénéité
d’épaisseur (figure 31) due à un défaut de parallélisme de la presse. Cette première campagne a
permis de prendre conscience de l’importance de la maîtrise des paramètres géométriques du
collage.
Dispositif de dépôt de
gouttes de volume calibré
Réticule mobile de mesure
Support de l’échantillon
76
Figure 31: Echantillon présentant une variation d’épaisseur du joint de colle
La deuxième campagne de collage a été réalisée sur une presse de laboratoire (MTS) avec des
martyrs en acier de 35 cm de long. Toujours avec la même essence (Q. rosea), deux types
d’adhésifs (MUF et RPF) ont permis la réalisation des échantillons, destinés à la délamination, avec
un collage en conditions climatiques contrôlées (Hr = 65% et T= 25°C). En fonction de ces résines,
le tableau 10 regroupe les paramètres de collage testés.
Lors de cette campagne, deux assemblages (un homogène et un hétérogène en débits) ont été
réalisés pour chaque condition de collage, portant ainsi le nombre de poutres réalisées à 32 pour la
MUF et 24 pour la RPF. Chacune débitées en 4 échantillons de délamination, 128 éprouvettes
collées en MUF et 96 collées en RPF ont été testées.
Tableau 10: Récapitulatif des paramètres de collage testés par la 2ème campagne de test
Paramètres MUF RPF
Valeurs testées Valeurs testées
Grammage (g/m²) 250 500 750 1000 750 1500 2000 2500 TAF (min) 5 10 10 20 Pression (MPa) 0.6 1.2 1.6 1.8
Les résultats des tests de délamination relevés, suite à un seul cycle de pression/séchage, pour les
collages à la MUF et à la RPF soulignent le fait que les plus fortes délamination sont obtenues par
les appareillages contraignants (tableaux 11 et 12).
Tableau 11: Résultats de délamination des éprouvettes collées à la MUF en fonction des conditions testées
Grammage (g/m²) P (MPa) TAF (min) D (%)
Non contraignant D (%)
contraignant
250 1.2 5 39.3 61.2 500 1.2 10 49.7 49.5 750 1.2 10 N.A. N.A.
1000 1.2 10 41.7 35.8 1000 0.6 10 19.5 21.4 750 0.6 10 12.4 38.6 500 0.6 10 17.4 75.0 250 0.6 10 51.3 44.5
Epaisseur de joint = 500 µm
Epaisseur de joint = 700 µm
77
Dans le cas de la MUF, on remarque, d’après le tableau 11, que globalement, plus la pression est
élevée, plus les délaminations sont importantes. Ceci conforte le fait que lors de la mise sous
serrage, l’adhésif appliqué sur les lamelles était chassé lors de la mise sous pression. De plus, on
observe que le fait d’augmenter le TAF de 5 à 10 minutes n’a été que bénéfique. Cependant, les
résultats des délaminations obtenus sont largement supérieurs aux 10% préconisés après deux
cycles d’immersion sous pression/séchage.
De plus, à la fin de ces tests, l’adhésif n’était plus utilisable car il était en fin de vie (la résine avait
déjà polymérisé dans son pot de stockage). Du fait que la qualité de la colle soit altérée seulement
un mois après le début des tests, il est supposé que ce soit le transport, et l’emploi en ambiance non
contrôlée, de cette résine qui soit à l’origine de l’altération de sa qualité. Cette dégradation soudaine
de la résine souligne bien le fait qu’en climat tropical, l’utilisation de cette colle en climat ambiant
est très technique et donc très contraignante pour l’alimentation d’une ligne de production. Ainsi, ne
pouvant plus utiliser cette résine pour les tests, elle fut écartée pour les prochaines campagnes.
Cependant, afin d’étudier la qualité des collages avec cet adhésif, une étude parallèle (présenté en
annexe) a été réalisée au laboratoire du FCBA. Cette étude a permis d’établir les conditions de
collage satisfaisantes à la mélamine avec le Q. rosea en condition tempérée (2% de délamination
pour un collage en 350g/m², un TAF de 45 min et une pression de 1 MPa). Ces conclusions assurent
le fait que le caractère de rétractibilité de cette essence de bois est très pénalisant pour l’obtention
d’un collage structurel correct. En effet, les résultats concluants ont été obtenus avec une épaisseur
de lame de 22 mm. Pour les mêmes conditions, et avec une épaisseur de 28 mm, les délaminations
sont d’environ 14%.
Tableau 12: Résultats de délamination des éprouvettes collées à la RPF en fonction des conditions testées
Grammage (g/m²) P (MPa) TAF (min) D (%)
Non contraignant D (%)
contraignant
750 1.6 10 49.0 69.8 1500 1.6 10 37.5 58.3 2000 1.6 10 13.0 65.7 2500 1.6 10 10.5 18.8 2000 1.6 20 21.3 87.0 2000 1.8 20 21.2 30.9
Pour les collages à la RPF, le tableau 12 montre que plus le grammage est élevé, plus le joint de
colle résiste aux délaminations. Cependant, lors de l’encollage, plus le grammage était élevé, plus la
quantité de colle chassée hors de plans de collage était importante. Ceci peut provenir, soit de
l’application d’une trop forte pression de serrage, soit d’un grammage trop élevé combiné avec un
TAF court.
78
Il s’est avéré que cette utilisation de la presse MTS en effort permanent n’est pas recommandée car
la motorisation a rendu l’âme mettant fin à cette campagne.
La troisième campagne de collage a été réalisée avec, une presse manuelle, décrite dans le § 2.1.2.
Les lamelles d’1.4 m de long en Q. rosea, collées en climat ambiant (Hr= 85% et T= 30°C) suivant
deux appareillages, étaient serrées sous des martyrs en T. serratifolia sur lesquels s’appuyaient 4
vis. Lors de cette campagne deux états de surfaces ont été testés (tableau 13).
Tableau 13: Récapitulatif des paramètres de collage testés par la 3ème campagne de test
Paramètres Raboté 24h avant encollage Raboté plus de 24h avant encollage
Valeurs testées Valeurs testées
Grammage (g/m²) 500 1000 2000 2500 750 1500 TAF (min) 10 20 10 20 Pression (MPa) 0.6 0.7 1 0.7 1
Ainsi, 12 poutres, dont le rabotage des lamelles s’est fait juste avant l’encollage, ont permis de
tester 120 échantillons en délamination. Alors que seulement 60 ont permis d’évaluer l’influence du
rabotage (en les comparants avec des échantillons testés en délamination de la campagne 4),
présenté au § 3.3.2.1.4. Les résultats sont présentés dans le tableau 14.
Tableau 14: Résultats de délamination des éprouvettes collées à la RPF en fonction des conditions testées
Etat de surface Grammage (g/m²) P (MPa) TAF (min) D (%)
Non contraignant D (%)
contraignant
Raboté 24h avant l’encollage
2500 0.6 10 36.8 41.5 2000 0.6 10 10.6 16.9 1000 0.6 10 15.0 24.0 500 0.7 10 18.2 40.0 500 1 10 9.4 16.4 500 1 20 8.9 3.1
Raboté 24h avant l’encollage
1500 0.7 10 58.2 64.7 750 0.7 10 30.0 40.4 750 1 20 15.9 9.6
A travers ce tableau on remarque que l’étape de rabotage avant l’encollage est primordiale pour
l’obtention d’un collage suffisamment résistant pour être utilisé en structure. De plus, en ayant
diminué les pressions, des résultats de délamination sont concluants. Enfin, il s’avère que
l’application de grammage élevé n’est pas bénéfique pour l’obtention d’un joint de colle résistant
aux délaminations. Cette observation, confirmée par des spécialistes du collage, a permis de
réorienter les paramètres de collage testés avec la résorcine.
79
Ainsi, avec ces recommandations prises, la quatrième campagne de collage menée est la campagne
de référence de ce projet. Elle a permis de tester la capacité de collage des trois essences guyanaises
(le Q. rosea, le P. venosa et le D. guianensis) suivant 2 appareillages et en climat ambiant. En
utilisant une RPF en encollage double face suivant les paramètres donnés par le tableau 8, 54
poutres de 700 mm de long ont été débitées. 270 échantillons en délamination et 216 en cisaillement
par essence ont été ainsi testés. Lors de cette campagne, un bois témoin (le Larix decidua) a été
encollé suivant 15 conditions de collage, 150 échantillons de délamination, ont été testés. Ces
collages réalisés sur le bois témoin montrent bien que l’utilisation de bois tropicaux pour le collage
structural est plus contraignante qu’avec des résineux. En effet, le test de délamination est plus
sévère sur ces bois (densité plus forte, retraits transverses plus forts, forces d’arrachement plus
élevées…) et l’obtention d’un collage résistant plus technique. Etant donné la variabilité des
résultats obtenus, une mesure de l’épaisseur des joints de colle a été réalisée sur 324 échantillons et
une analyse par éléments finis du bâti de serrage a permis de montrer une répartition non homogène
de la pression entre serrages (cf. § 3.2).
Cette simulation de toute la presse a permis d’améliorer le système de serrage. Les martyrs en T.
serratifolia ont été remplacés par des martyrs en acier de type HEA 120 afin de répartir de façon
plus homogène la pression au niveau des interfaces de collage. Du fait que le climat tropical soit
plus sévère qu’en France hexagonale (température et humidité plus élevées) cette cinquième
campagne de collage, menée sur les trois essences guyanaises, s’est focalisée sur le TAF (20, 40 et
60 minutes) en fixant les deux autres paramètres de collage (grammage = 450 g/m² et pression = 1
MPa). Malheureusement, lors des collages réalisés, cet adhésif présentait des signes de détérioration
(résine anormalement visqueuse, difficulté d’encollage…) indiquant qu’il était en fin de vie. Il a
donc été nécessaire de commander une nouvelle colle de type RPF afin de continuer l’étude.
Lors de cette campagne de validation, l’approvisionnement en adhésif s’est fait par un autre
fabricant, spécialiste en résine du type RPF. En fonction des résultats des précédentes campagnes,
les conditions de collages testées ont été fixées en fonction de chaque essence (cf. § 3.3.3 tableau
18). En plus des deux poutres encollées en double face, deux poutres par essences ont été encollées
en simple face en vue d’une validation pour un emploi industriel. Testées suivant 20 échantillons en
délamination et 10 en cisaillement par essence, cette campagne a consolidé le classement de
80
l’aptitude au collage entre ces trois essences. Par ailleurs, l’influence de l’épaisseur des lames sur
les délaminations a été testée pour le P. venosa (16, 22 et 28 mm) et le D. guianensis (16, 22, 28 et
34 mm). Ainsi 40 échantillons par épaisseur et par essence ont subi le test de délamination, amenant
des éléments de comparaison pour l’industriel. Enfin, suite à la validation des conditions de collage
pour le D. guiannesis, des collages supplémentaires ont été menés en climat ambiant par un
encollage simple face a permis d’établir la répétabilité des résultats de délamination. Notons que
pour chaque poutre collée dans cette campagne, 4 échantillons de cisaillement ont été réalisés mais
pas testés par faute de temps.
Le tableau 15 récapitule tous les paramètres testés lors des campagnes de collage réalisées pour
cette étude.
Tableau 15: Récapitulatif des paramètres utilisés pour les différentes campagnes de collage par lamellation
Colle MUF RPF
Ambiance de collage
Contrôlée (T= 25°C et H%= 65%)
Contrôlée (T= 25°C et H%= 65%)
Ambiante (Tmoy= 30°C et Hmoy%= 85%)
Essence Q. rosea Q. rosea P. venosa D. guianensis L. decidua Grammage (g/m²)
250 500 750 1000 250 300 450 750 1500 2000 2500
TAF (min) 5 10 5 10 20 40 60 Pression (MPa)
1.2 1.6 0.4 0.6 0.7 1 1.6 1.8
Martyrs Acier Acier T. serratifolia Etat de surface
Raboté 24h avant Raboté 24h avant Raboté plus de 24h avant
Appareillage Homogène Hétérogène Homogène Hétérogène Encollage Double face Simple face Double face Epaisseur (mm)
28 16 22 28 34
Enfin une septième campagne d’essais a été réalisée sur le collage par aboutage. Les trois essences
guyanaises ont donc été aboutées à l’industrie moins de 10 h avant leur encollage par RPF. Ainsi,
80 éprouvettes aboutées (de dimensions 30×40×600 mm³) ont été réalisées à l’aide de la presse
MTS du laboratoire. Cependant, les efforts de compression nécessaires à un emboitement correct
des entures ont fait que, les éprouvettes obtenues n’étaient pas exploitables (désaxement des deux
pièces aboutées, jeu important dans l’emboitement ou fissuration des éprouvettes). De plus, suite à
un désagrément sur la presse, un nouveau dispositif de serrage a été mis en place en utilisant un cric
et la presse manuelle à vis et des martyrs en T. serratifolia. Ceux-ci ont été préférés aux martyrs en
acier afin d’augmenter le frottement entre les martyrs et l’éprouvette, ceci afin d’éviter tout
81
déplacement des pièces lors du serrage nécessaire à l’aboutage. Malheureusement, les entures
n’étaient que partiellement emboitées. Un nouveau dispositif de serrage a donc été mis en place sur
un bâti de flexion 4 point de laboratoire (cf. § 3.4.1). Ainsi 30 éprouvettes aboutées, par essence,
ont subi le test de flexion préconisé par les normes européennes, dont 15 à chant et 15 à plat. Dans
un souci de comparaison, 10 échantillons de 30×40×600 mm³ ont été réalisés en bois massif et
testés suivant les deux modes (à chant et à plat). Même si le collage de cet assemblage est correct, la
géométrie standard des entures n’est pas adaptée aux bois denses, moins compressibles. Pour
réaliser un emboitement correct (pas de jeu avec un niveau de contrainte acceptable), il faut exercer
des efforts tels que cela favorise la fissuration en fond de ces entailles.
3.2 Validation de la presse Pour la réalisation d’un bon collage il est nécessaire d’avoir une pression uniforme à l’interface de
collage. Cependant, le bâti de serrage utilisé applique la pression par un jeu de vis distant d’un entre
axe fixe de 430 mm. Il est donc important de vérifier l’uniformité de la pression répartie par
l’assemblage. Pour cela une analyse numérique a été réalisée, par Ouahcène Nait-Rabah, grâce à un
logiciel de calcul par éléments finis 3D, Comsol Multiphysics [101]. Les tests ont été pilotés en
déplacement, reproduisant ainsi le déplacement des vis. La simulation numérique a mis en évidence
une répartition hétérogène de la pression de contact à l’interface des lamelles de bois.
La figure 32, représentant la première interface de collage de deux lamelles sous les martyrs en T.
serratifolia, montre que le la pression appliquée est non homogène (rapport des pressions sous les
vis et entre les vis variant de 2 à 4). Du fait de la faible rigidité des martyrs en bois, le serrage a
engendré des sur pressions sous les vis susceptibles de chasser la colle au profit des zones entre vis,
affectant ainsi la répartition de la pression et produisant ainsi des joints non homogènes.
82
Figure 32 : Répartition de la pression à l’interface lame/lame au niveau du premier joint de collage avec les
martyrs en T. serratifolia
En remplaçant les martyrs en bois par des martyrs en acier de mêmes dimensions (100x100mm²), la
simulation montre une amélioration de la répartition des pressions. En effet, la figure 33 montre une
répartition presque uniforme au niveau de la première surface de collage des lamelles.
On se rend compte ainsi qu’en remplaçant les martyrs en ébène verte par des martyrs en acier
(rigidité de l’acier environ 10 fois plus forte), les pertes de pression, par diffusion des contraintes,
sont largement réduites.
Figure 33: Répartition de la pression à l’interface lame/lame au niveau du premier joint de collage avec les
martyrs en acier
83
La simulation numérique indique que lors de la réalisation des échantillons, il est préférable que les
lamelles soient mises sous presse entre des martyrs en acier afin que la pression soit répartie de
façon plus homogène tout le long des plans de collage, évitant des variabilités trop importantes des
épaisseurs des joints de colle. La variation des pressions de serrage aux joints de colle est donc
moins prononcée avec des martyrs en acier.
Des martyrs en acier de section pleine 10x10cm sont évidemment très lourds et il est souvent
préférable d’utiliser des profilés de rigidité comparable pour un poids moindre. Ce sont donc des
martyrs de type HEA de 120mm de hauteur pour 100mm de largeur qui ont été utilisés par la suite.
La simulation numérique de la répartition de la pression sous ces martyrs, présentée par la figure
35a, montre que, même si la pression est un peu moins uniforme tout le long de la poutre qu’avec
des martyrs en acier de 100x100mm², elle reste satisfaisante (Pression entre 0.4 en rouge, et 1.2
MPa en bleu ente les vis représentés en figure 34a).
De plus, on observe un petit effet de bord, que le rabotage avant le débit des échantillons permet
d’atténuer. De plus, passant à 6 lamelles entre les martyrs, la figure 34b montre que la répartition
de la pression est plus homogène qu’avec un modèle à 3 planches. Ceci nous a permis de serrer 2
poutres à 3 lamelles chacune à chaque serrage.
Figure 34 : Répartition de la pression à l’interface lame/lame au niveau du premier joint de collage avec les
martyrs en HEA de 120. Cas de 3 lames (a) et de 6 lames (b)
(a) = 3 lames (b) = 6 lames
84
En conclusion, la modélisation des martyrs en ébène verte (figure 32) permet de montrer le fait
qu’en fonction de leur situation dans la poutre, les échantillons débités, collés sous martyrs en bois,
ont reçu des pressions de serrage différentes ce qui peut expliquer des délaminations variables pour
une même condition de collage.
3.3 Validation d’un collage structural par
lamellation
3.3.1 Préconisation pour le collage par
lamellation
Suite aux différentes campagnes de collage réalisées, des préconisations ont pu être relevées pour la
réalisation d’un collage structural par lamellation. Ainsi, pour l’emploi des bois guyanais étudiés il
est important de réaliser l’étape d’encollage sur les deux faces des lamelles à assembler (cf. § 3.5.1).
De plus, celles-ci doivent impérativement être rabotées avant cette étape cruciale afin que
l’adhésion entre le bois et la résine ne soit pas gênée par des contaminants (cf. § 3.3.2.1.4).
En utilisant des bois de fortes densités, une augmentation des paramètres de collage (grammage,
pression et temps d’assemblage fermé) peut être préconisée pour l’obtention d’un joint de colle
résistant aux variations cycliques d’humidité. Dans le cas de bois à forts retraits transversaux, la
section nominale des lames peut être réduite afin d’éviter de trop fortes contraintes à l’interface de
collage, engendrées par le test de délamination (cf. § 3.5.2).
Enfin, et compte tenu de la presse manuelle utilisée, le serrage des lames doit se faire sous des
martyrs en acier afin de répartir la pression de façon homogène au niveau des interfaces de collage
(cf. § 3.2).
85
3.3.2 Analyse des essais de collage Lors de la réalisation des échantillons soumis aux tests normalisés pour la validation d’un collage
structural par lamellation, la troisième campagne a été conduite en résorcine sur trois paramètres de
collage (tableau 16). Par ailleurs, afin de juger de l’influence du rabotage sur l’obtention d’un
collage structural de qualité quelques paramètres ont été testés suivant deux états de surface
différents (lamelles rabotées, ou non, juste avant l’étape d’encollage) pour une seule essence de bois
(Q. rosea).
Tableau 16: Récapitulatif des paramètres de collage testés pour la première campagne de collage en RPF
Paramètres Valeurs testées Nbr d’échantillons
Lamelles rabotées moins de 24h avant l’encollage Grammage (g/m²)
250 750 1500 270
TAF (min) 5 10 20 Pression (MPa) 0.4 0.7 1
Lamelles rabotées plus de 24h avant l’encollage Grammage (g/m²)
750 1500 60
TAF (min) 10 20 Pression (MPa) 0.7 1
De plus, afin d’évaluer si les conditions de collage ciblées pour un climat tropical étaient
satisfaisantes, des poutres témoins ont été réalisées en Larix decidua (Mélèze) suivant les mêmes
conditions de collage puis testées en délamination.
Ainsi, tous les résultats de délamination des échantillons issus des lamelles rabotées moins de 24h
avant l’encollage sont présentés dans les paragraphes suivant. Notons qu’un point sur le graphique
représente une valeur moyennée de 10 résultats de délamination évalués pour une seule et unique
condition de collage testée.
Par la suite, une comparaison avec les résultats issus des échantillons non rabotés permettra de
souligner l’influence de cet état de surface sur l’obtention d’un collage structural de qualité.
Enfin, seuls les échantillons rabotés ont été testés en cisaillement, et leurs résultats seront détaillés
en dernier lieu.
86
3.3.2.1 Résultats des tests de délamination
3.3.2.1.1 Influence du grammage Les résultats des délaminations en fonction des grammages sont illustrés pour les 3 essences
guyanaises ainsi que pour l’essence de référence sur la figure 35. De prime abord, on observe
qu’une grande partie des échantillons collés avec les essences tropicales ont subi des délaminations.
Cependant, une première tendance est soulignée. En effet, on observe que le taux de délamination
diminue avec l’augmentation du grammage.
Pour les échantillons réalisés en L. decidua, collés suivant les mêmes conditions, les résultats de
délamination sont très satisfaisants et leurs grammages sont les plus élevés (entre 270 et 370 g/m²).
Figure 35: Taux de délamination en fonction des grammages
De plus cette figure illustre que, quelle que soit l’essence collée, les grammages mesurés sont bien
inférieurs à ceux appliqués lors de l’encollage. En effet, lors de l’analyse des résultats en fonction
des 3 grammages fixés par cette campagne de collage, la variabilité des résultats de délamination
était anormalement élevée. Ainsi et de façon à expliquer ces variations, l’épaisseur de chaque joint
de collage (figure 36) réalisé fut mesurée avec par un microscope disposant d’un dispositif d’épi-
fluorescence.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
50 100 150 200 250 300 350 400
De
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis L. decidua
87
Figure 36: Image d’un joint de colle au microscope (x100)
Cette mesure de l’épaisseur du joint de colle a permis, grâce à l’équation 19, d’évaluer la quantité
de colle réellement appliquée sur les surfaces encollées (grammage mesuré présenté par la figure
35).
⁄ (19)
Notons que dans la formule ci-dessus (19), le nombre 1.23 représente la densité de la colle à l’état
sec et 0.58 représente le facteur de perte de masse lorsque la colle a durci suite aux deux semaines
de stabilisation. Cette perte de masse représente la teneur en eau de l’adhésif qui, lors de sa
polymérisation, est libérée dans le plan de collage et doit être absorbée par le bois pour ne pas gêner
l’adhésion.
Ainsi, avec cette correction sur la quantité de colle présente dans l’assemblage, la figure 35
confirme que lorsque la quantité de colle présente dans l’assemblage augmente, les délaminations
diminuent. En effet, on observe qu’après un certain seuil (170g/m²), l’assemblage par collage est
suffisamment résistant pour subir de sévères variations cycliques d’humidité. Cette remarque,
agrémentée des résultats obtenus sur le L. decidua, illustre bien le fait qu’un collage structurel doit
se faire avec suffisamment d’adhésif (pas moins de 170 g/m²) afin que son adhérence soit suffisante
pour résister aux contraintes de rétractabilité engendrées lors des tests de validation. De plus, cette
observation confirme le fait que le collage de bois denses (densité supérieure à 0.7) n’est pas facile
Remarque : L’échelle, représentée sur la figure, est de 250µm par division
Joint de colle entre deux lames de Q. rosea
Vaisseaux remplis de colle
88
et que, souvent, les assemblages obtenus sont de qualité médiocre. En effet, ce type de bois, dit non
absorbant, peut présenter une faible mouillabilité de surface (cf. § 3.5.3.2.), entrainant une
stagnation de l’eau (présent dans le mélange collant) à l’interface, ralentissant le processus de
polymérisation de la colle.
Dans le cas d’un bois poreux, tel que le Q. rosea, il s’avère que la quantité de colle mesurée dans
les assemblages est globalement inférieure à celles enregistrées pour le P. venosa et le D.
guianensis. Cette observation confirme certaines recommandations à prendre pour l’encollage de
bois poreux (cf. § 1.4.2), comme l’augmentation de la quantité de résine à appliquer sur les surfaces
à assembler, évitant ainsi les joints maigres (inférieur à 40µm d’épaisseur équivalent à 85 g/m²). En
effet, dans le cas de bois poreux, une partie de la colle est absorbée par les lamelles, au travers des
vaisseaux, créant ainsi des joints de trop faible épaisseur pour avoir une adhérence suffisante,
typique des joints maigres. Notons de plus que, présentés en annexe, lors de la réalisation de collage
en climat tempéré, les résultats de délamination n’étaient pas non plus concluant et l’épaisseur des
lamelles a dû être diminuée (22 mm) pour valider un collage structurel avec cette essence. Ceci
montre bien qu’un bois avec des coefficients de retrait élevés engendre de très fortes contraintes au
niveau de l’interface de collage lors de variations sévères d’humidité. Dans ce cas présent, il est
indispensable d’augmenter la quantité de colle à déposer sur les lamelles, afin que le joint de colle
soit suffisamment épais (150 µm au moins soit 250 g/m²) pour pallier les conséquences des
contraintes dues au retrait.
Concernant les deux autres essences de bois testées, plus dense que le Q. rosea, les résultats de
délamination (figure 35) montrent que le P. venosa présente une assez bonne capacité pour le
collage de bois à fins structurelles malgré un grammage en-deçà de ceux préconisés. On observe
notamment que les résultats de délamination sur le P. venosa sont plus homogènes que pour les
autres essences. Pour le D. guianensis, les résultats, plus variables, présentent toutefois une
résistance suffisante à la délamination lorsque la quantité de colle appliquée est correcte (au moins
170g/m²). Ces différences de variabilité entre ces deux essences de bois peuvent être dues aux
coefficients de rétractibilité, supérieurs dans le cas de D. guianensis.
89
Enfin, en plus de l’observation de faible grammage dans les assemblages réalisés, il apparaît que
pour certains de ces échantillons le test de délamination fût concluant alors que la quantité de colle
appliquée était très faible (exemple du Q. rosea où le total des délaminations est inférieur à 10%
alors que seulement 80g/m² de résine est présente dans l’assemblage). Suite à cette observation, et
connaissant l’interdépendance des paramètres de collage, les résultats de la figure 35, sont analysés
suivant les autres paramètres de fabrication testés, comme le temps d’assemblage fermé, paramètre
aussi important que celui du grammage.
3.3.2.1.2 Influence du temps d’assemblage fermé La figure 37 présente les résultats de délamination en fonction des grammages mesurés dans les
assemblages mais en les triant en fonction des temps d’assemblage fermé observés lors de l’étape
d’encollage (5, 10 et 20 minutes). Cette figure tend à souligner le fait que les mesures des
délamination deviennent plus homogènes (voir concluantes) lorsque le temps, laissé entre
l’encollage et le serrage, est court (cas du Q. rosea et du D. guianensis). Cependant, avec un Temps
d’Assemblage Fermé (TAF) de 20 minutes des résultats concluants sont illustrés par la figure 37.
Concernant le Q. rosea, la figure 37 montre bien la tendance à homogénéiser les résultats de
délamination lorsque le TAF est de 20 minutes. Cependant, les meilleurs résultats de délamination
ont été obtenus avec un TAF de 5 minutes. Malheureusement, même avec des résultats plus
homogènes et moins de rupture dans les joints de colle, la limite normée (D) sur les délaminations
est largement dépassée. De ce fait, et malgré quelques résultats positifs, le grammage restant dans le
joint de colle est trop faible pour assurer un collage structural pérenne avec cette essence de bois.
En regardant l’évolution des résultats de délamination sur le P. venosa en fonction du Temps
d’Assemblage Fermé, on remarque les plus faibles délaminations résultent des collages réalisés
avec un TAF de 20 minutes. Cependant, à 5 minutes d’attente avant le serrage, les résultats sont
plus homogènes. En effet, il apparaît que plus le TAF est élevé, plus le grammage est élevé,
réduisant ainsi les délaminations, suffisamment pour réussir le test (figure 37c, 7 % de délamination
pour 200 g/m² et 20 minutes de TAF). Cela vient conforter le fait, observé précédemment pour le
cas du Q. rosea, qu’un minimum de temps doit être laissé à la colle pour pénétrer dans les planches
et commencer sa polymérisation et d’éviter toute expulsion de la colle.
En revanche, pour le D. guianensis. Il apparaît sur la figure 37a que, non seulement un grammage
suffisamment élevée pouvait être obtenu avec 5 minutes de TAF, mais que tous les échantillons
collés avec si peu de temps avant le serrage étaient proches de la limite normalisée de délamination.
90
Figure 37: Taux de délamination en fonction des grammages pour des TAF de (a) 5 min, (b) 10 min et (c) 20min
0
10
20
30
40
50
60
70
80
50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
De
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
0
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50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
De
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
0
10
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80
50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
De
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
(c) TAF = 20 mn
(b) TAF = 10 mn
(a) TAF = 5 mn
91
En analysant statistiquement ces résultats (l’analyse de la variance), il s’avère qu’aucune influence
significative du TAF sur les délamination ne peut être soulignée pour le P. venosa (R² = 0.01 et
valeur p = 0.295). En revanche, les deux autres essences sont influencées (R² = 0.151 et la valeur p
= 0.001 pour le Q. rosea et R² = 0.258 la valeur p < 0.0001 pour le D .guianensis). La figure 38
présente les moyennes des délamination en fonction des temps d’assemblage appliqués lors de
l’encollage pour le Q. rosea (a) et le D. guianensis (b).
Figure 38: Taux de délamination en fonction des TAF pour (a) Q. rosea et (b) D. guianensis
0
10
20
30
40
50
5 10 20
Dé
lam
inat
ion
(%
)
TAF (min)
0
10
20
30
40
50
5 10 20
Dé
lam
inat
ion
(%
)
TAF (min)
Moyenne / valeur Borne inf. (95%) Borne sup. (95%) Moyenne totale
(b) D. guianensis
(a) Q. rosea
92
Sur la figure 38, on remarque que dans le cas du Q. rosea, un temps d’assemblage fermé long peut
être bénéfique pour le collage structural de cette essence. En effet, la moyenne des délaminations
obtenues avec 20 minutes de TAF est inférieure à la moyenne générale des résultats. De plus, il
apparait que les collages réalisés avec 10 minutes de TAF sont les plus sujets aux délaminations.
Cette remarque vient étayer la première recommandation faite sur ce bois (augmenter le grammage
à l’encollage) en préconisant une augmentation du TAF pour éviter toute expulsion de la colle.
En revanche sur la figure 38b, le D. guianensis présente un assemblage par collage le plus résistant
aux délamination lorsqu’il a été réalisé avec seulement 5 minutes de temps d’assemblage fermé.
Cette dernière observation sur le D. guianensis, permet de mesurer l’importance de ce paramètre de
collage pour la fabrication de lamellé-collé. En effet, même si le Q. rosea et le P. venosa nécessitent
un Temps d’Assemblage Fermé long, le D. guianensis lui, observe une meilleure tendance à résister
aux délaminations avec un TAF court. Il est donc important d’observer un temps adéquat à
l’essence susceptible d’être utilisée pour la ligne de production.
3.3.2.1.3 Influence de la pression de serrage En triant les résultats de délamination (figure 39) en fonction des pressions de serrage utilisées lors
de cette campagne, aucune tendance n’a pu être soulignée.
La figure 39 présente les délaminations obtenues en fonction des niveaux de pression appliqués,
affinés grâce à la modélisation numérique réalisée sur la répartition de la pression en fonction des
martyrs en T. serratifolia, utilisés lors de cette campagne. Appuyée par un test statistique (analyse
de la variance), il s’avère que seul le P. venosa montre une influence de la pression de serrage sur
les résultats de délamination (R² = 0.304 et valeur p = 0.004).
93
Figure 39: Taux de délamination en fonction des grammages pour des pressions de (a) 0.4 MPa, (b) 0.7 MPa et
(c) 1 MPa
0
10
20
30
40
50
60
70
80
50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
0
10
20
30
40
50
60
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80
50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
0
10
20
30
40
50
60
70
80
50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P. venosa D. guianensis
(c) P = 1 MPa
(b) P = 0.7 MPa
(a) P = 0.4 MPa
94
La modélisation numérique de la répartition de la pression en fonction des martyrs (cf. § 3.2) a
permis de corriger les pressions appliquées en fonction de la place de l’échantillon dans la poutre.
Chacune des pressions étudiées peut ainsi être décomposée en trois niveaux différents représentant
celle obtenue sous les vis de serrage, celle au milieu de l’entraxe et un niveau intermédiaire
(respectivement 100%, 40% et 70% des pressions appliquées). Ces coefficients appliqués aux 3
niveaux de serrage étudiés donnent finalement 6 pressions réellement obtenues sous les martyrs
(0.2 ; 0.3 ; 0.4 ; 0.5 ; 0.7 et 1 MPa représentés par la figure 40 pour le P. venosa).
Figure 40: Taux de délamination en fonction des pressions de serrage pour le P. venosa
Dans le cas du P. venosa, il s’avère que de meilleurs résultats de délamination ont été obtenus avec
des pressions de serrage inférieures à 0.5 MPa. En plus de cela, il apparaît que pour ces niveaux de
pression, les résultats de délamination sont un peu plus homogènes que ceux obtenus avec des
pressions élevées.
Trié en fonction des TAF observés lors des collages, les moyennes des résultats de délamination en
fonction des niveaux de serrage sont représentées par la figure 41.
95
Figure 41: Moyennes des délaminations sur le collage du P. venosa en fonction des niveaux de serrage, triées par
TAF
Sur la figure 41, il apparait que, dans le cas du P. venosa, de faibles pressions de serrage engendrent
des joints de colle plus résistants aux délaminations. Et lorsque que celle-ci augmente, les risques de
craquelures dans l’assemblage aussi. De plus, cette figure montre qu’avec une pression de serrage
de 0.4 MPa, les résultats de délaminations sont sensiblement les mêmes quel que soit le TAF
observé. Enfin, il apparaît que la variabilité des délaminations est principalement due aux résultats
élevés obtenus avec une pression de serrage de 0.5 MPa et un TAF de 10 minutes.
La tendance observée sur la figure 41, s’explique par le fait que lorsque la pression de serrage
augmente, la quantité de colle restante dans le plan de collage diminue. En effet, du fait de la forte
densité des bois, l’élévation de la pression de serrage peut avoir un double effet sur la création d’un
joint de colle résistant.
Le premier effet n’est autre que l’expulsion de la colle par l’application d’une forte pression sur des
bois denses, réduisant la quantité de colle appliquée dans les plans de collage, et donc sa résistance
mécanique, plus faible que les contraintes engendrées par les rétractibilités du bois lors du test de
délamination.
Le deuxième effet est de faire pénétrer en profondeur la colle dans les vaisseaux pour un bois ayant
une bonne capacité d’absorption. Cet effet réduit l’épaisseur du joint de colle mais augmente, dans
une certaine mesure, l’ancrage de l’adhésif dans le support.
0
10
20
30
0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Pression réelle (MPa)
5 10 20
96
Ces remarques, viennent appuyer le fait que, lors d’un collage de bois dense, augmenter la pression
de serrage n’est pas forcément bénéfique pour l’obtention d’un assemblage par collage de qualité
[102], et ce malgré les recommandations, des fiches techniques fabricant, d’un serrage compris
entre 0,6 et 1,5 MPa. De plus dans le cas du P. venosa, la présence de thylles (et autre dépôts
obstruant) dans les vaisseaux peut entraîner une réduction de l’absorption de la résine par cette
essence de bois, ce qui expliquerait la variabilité des résultats pour les différents niveaux de
pression.
En conclusion, l’analyse des résultats de délamination en fonction des paramètres de collage testés a
permis de relever certaines tendances afin d’évaluer les conditions de fabrication pour la réalisation
de lamellé-collé structurel avec ces essences de bois tropicaux.
Dans le cas d’un bois, tel que le Q. rosea, du fait de son affinité hygroscopique, le grammage à
appliquer sur les surfaces des lames doit être suffisamment élevé afin qu’un minimum d’adhésif
reste aux interfaces de collage. De même, le temps d’assemblage fermé doit, lui aussi, être rallongé
afin que la colle polymérise un minimum avant l’étape de serrage. En effet, si ce paramètre n’est
pas augmenté en même temps la quantité de colle déposée sur les lames, l’adhésif peut être chassé
des plans de collage, créant de faibles joints d’assemblage, lors de la mise sous presse. Ainsi, une
nouvelle campagne de test a été menée sur le Q. rosea, en augmentant le grammage à déposer ainsi
que le temps d’assemblage fermé.
Dans le cas de bois encore plus denses, comme le D. guianensis, et le P. venosa, il apparait qu’à
partir de 170 g/m² présents dans l’interface de collage, le grammage soit suffisant pour pallier les
problèmes dus aux contraintes engendrées par les rétractibilités de ces bois lors du test de
délamination. En revanche, même si ces deux espèces présentent des similarités quant aux
grammages à appliquer, l’effet du temps d’assemblage fermé sur la résistance au vieillissement
artificiel sont opposés. En effet, le P. venosa suit la même recommandation que le Q. rosea, du fait
de sa faible porosité, nécessitant un TAF suffisamment long pour éviter l’expulsion de la colle lors
du serrage. Alors que le D. guianensis, présente de meilleurs résultats avec un temps d’attente court
avant la mise sous presse.
Concernant le niveau de pression pour le serrage des lames, ce paramètre ne montre qu’une
influence secondaire sur l’obtention d’un collage de qualité. En effet, même si le P. venosa et le Q.
rosea, affichent une sensibilité à un serrage élevé (meilleurs résultats avec 0,4 MPa plutôt qu’avec 1
MPa), le D. guianensis n’a pas montré de réelle influence de ce paramètre sur la qualité de son
collage. De plus, compte tenu de la variabilité des résultats obtenus, les tendances soulignées pour
ces essences ne peuvent être confirmées.
97
3.3.2.1.4 Influence du rabotage
Afin d’étudier l’influence du rabotage, mentionné succinctement dans l’analyse bibliographique
comme étant une étape cruciale lors de la fabrication du lamellé-collé, trois conditions de collage
différentes ont été testées sur le Q. rosea (tableau 17).
Tableau 17: Définitions des conditions de collage testées pour l’influence du rabotage
Conditions Grammage (g/m²) Pression (MPa) TAF (min)
1 1500 0,7 10 2 750 0,7 10 3 750 1 20
Pour chacune des conditions, une poutre a été encollée au moins 24h après le rabotage (résultats en
bleu sur la figure 42) et une moins de 10h après le rabotage (résultats en rouge sur la figure 42). Les
résultats de délamination, présentés par la figure 42, soulignent le fait que, quelle que soit la
condition de collage testée, les résultats de délamination sont significativement améliorés lorsque le
rabotage est réalisé peu de temps avant l’encollage (R² = 0.80 et valeur p < 0.0001).
Figure 42: Influence du rabotage sur le collage du Q. rosea via le test de délamination
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 2 3
Dé
lam
inat
ion
D (
%)
Rabotage > 24h
Rabotage < 24h
98
Ainsi, cette figure montre bien que l’étape d’encollage est un facteur déterminant pour l’obtention
d’un collage structural. En effet, en rafraîchissant la surface du bois peu de temps avant l’encollage,
la surface des lamelles est alors nettoyée de tous contaminants possibles (poussières, résines…)
empêchant l’absorption de la colle. De plus, cela permet aussi de libérer des points d’ancrage pour
la résine, qui, par affinité chimique, se lient aux molécules de bois fraîchement coupé [103]. Si ces
liaisons chimiques sont laissées à stabiliser avant d’appliquer l’adhésif, l’oxydation diminue le
nombre de liaisons potentielles [103].
3.3.2.2 Résultats des tests de cisaillement
Suite aux résultats de délamination, les 27 conditions de collage étudiées dans la campagne de
collage, décrite en PARTIE 3 - § 1.3.2, ont été testées en cisaillement parallèle au fil. En effet, lors
de la mise en service en flexion d’une poutre lamellé-collé, un glissement entre deux lames
assemblées s’opère, et s’assimile à un cisaillement dans le plan de collage. Il est donc nécessaire
d’évaluer la résistance des joints de colles réalisés en cisaillement parallèle au fil. Celle-ci devrait
être quasiment équivalente à la résistance intrinsèque du bois [104]. Pour ce test, chaque échantillon
a été stabilisé à 12% d’humidité [94].
La figure 43 représente les résultats d’adhérence en fonction des niveaux de contrainte maximale
(fv). Sur ce graphique les barres horizontales rouges représentent les limites d’adhérence à atteindre
en fonction des intervalles de résistance préconisés par la norme.
99
Figure 43: Résultats des taux d’adhérence A (en %) en fonction des essences de bois et des résistances (fv)
Ces résultats montrent que lorsque la résistance mécanique du joint de colle au cisaillement est
faible (4 < fv < 6 MPa), leur taux d’adhérence n’est pas suffisamment élevé. En revanche, les deux
autres groupes de résultats présentent des adhérences suffisamment élevées en fonction de leur
niveau de contraintes maximales atteintes. A titre indicatif, la résistance du Picea abies pour ce test
est de l’ordre de 6 à 8 MPa. Ainsi, l’observation des adhérences vient illustrer le fait que le collage
structural de ces trois essences guyanaises est suffisamment résistant pour recouvrir les
recommandations mécaniques demandées par la commercialisation de lamellé-collé, et ce quelles
que soient les conditions de collage testées
La figure 44, présente l’histogramme de répartition des contraintes fv relevées par le test de
cisaillement pour les trois essences de bois. Sur cette figure, on remarque que très peu
d’échantillons ont présenté de faibles résultats (4%) et ces conditions de collage n’ont pas été
validées par le test de délamination. De plus, 14% des échantillons présentaient des résistances
moyennes (6 < fv < 11 MPa), et 82% enregistraient une contrainte maximale supérieure à 11 MPa,
avec un taux d’adhérence supérieur à 60%.
4 ≤ fv < 6 6 ≤ fv < 11 fv ≥ 11
Q.rosea 25% 82% 78%
P.venosa 65% 69% 78%
D.guianensis 65% 84% 85%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Ad
he
ren
ce
Maximal shear constraint fv (Mpa)
100
Figure 44: Histogramme de répartition des résistances (fv)
La figure 45 présente la répartition des Adhérences (A) relevées lors du test de cisaillement.
Figure 45: Histogramme de répartition des adhérences (A)
L’histogramme de répartition des adhérences montre que 72% des échantillons testés en
cisaillement avaient une adhérence supérieure ou égale à 75%. Et moins de 10 % des joints de colle
testés présentaient une adhérence inférieure à 50%.
Ces observations viennent conforter le fait que, indépendamment des conditions de collage testées,
les joints de colle réalisés respectaient les préconisations demandées par la norme européenne NF
EN 385.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0 5 10 15 20 25
Fré
qu
en
ce
fv
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Fré
qu
en
ce
A
101
En revanche, et même si cela n’est pas demandé par la norme de validation, il est intéressant
d’évaluer le rapport entre les résistances du joint de colle du produit lamellé-collé et celles du bois
massif (ratios de résistance, R, LC/BM, correspondant à l’évaluation de la fragilité du joint de
colle). Dans la bibliographie, les anciennes études sur le collage structural d’essences tropicales
africaines préconisaient un taux de rupture supérieur à 80%. Ceci afin d’apprécier le fait que ce
produit reconstitué soit à peu près de résistance équivalente à celle d’une poutre en bois massif.
Ainsi, la figure 46 présente les résultats des taux de rupture R en fonction des joints de colle testés,
des essences utilisées et de leur niveau de contrainte maximale.
Figure 46: Résultats des taux de rupture R (en %) en fonction des essences de bois et des résistances (fv)
A travers ce graphique on remarque que, comme pour les résultats d’adhérence, les échantillons
présentant une faible contrainte fv sont deux fois moins résistants que le bois massif lui-même. Ceci
indique que la rupture mécanique se fait dans le joint de colle réalisé, écartant ainsi la condition de
collage testée.
4 ≤ fv < 6 6 ≤ fv < 11 fv ≥ 11
Q.rosea 56% 96% 103%
P.venosa 50% 67% 106%
D.guianensis 32% 82% 105%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
Rat
io d
e r
ési
stan
ce L
C/B
M
102
De plus, et outre le P. venosa, il s’avère qu’à partir d’une résistance moyenne (comprise entre 6 et
11 MPa), les plans de collage testées sont suffisamment résistant, et combiné avec une adhérence
moyenne, s’apparentent au bois massif. Cependant, du fait de la variabilité des résultats, il est
préférable que la résistance des joints de colle soient plus proche de celle du bois massif (et donc
>11 MPa) afin d’avoir une équivalence mécanique entre bois massif et bois lamellé. En effet, il
s’avère que pour le Q. rosea, le P. venosa et le D. guianensis, leurs contraintes maximales de
cisaillement parallèle au fil ont respectivement été évaluées à 13,34, 15,05 et 13,77 MPa. Ainsi, en
dessous de ces valeurs, le taux d’adhérence doit être suffisamment élevé pour pallier
l’affaiblissement mécanique engendré par la reconstitution d’une poutre par collage.
La figure 47 met en évidence les ratios de résistance R en fonction des contraintes maximales fv
relevées par ce test de cisaillement par compression. Notons que sur cette figure :
La série de données en rouge correspond aux échantillons ayant une délamination supérieure à
10%,
La série de données en bleu correspond aux échantillons dont la délamination est en accord
avec la norme européenne et
Le point vert correspond à la valeur moyenne des contraintes maximales obtenues dans le bois
massif.
En observant ce graphique (47a et 47c), on s’aperçoit que les faibles résultats obtenus par le test de
cisaillement résultaient des échantillons sujets à de grandes délaminations. Ainsi, il s’avère que
pour le Q. rosea (figure 47a) et le D. guianensis (figure 47c), une condition de collage validée par le
test de délamination possède une résistance mécanique du joint de colle quasi identique à celle du
bois massif.
En revanche, pour le bois le plus dense, le P. venosa (figure 47b), cette observation n’est pas
conservée et montre que de faibles résultats de cisaillement peuvent aussi bien provenir
d’échantillons à faibles délamination que ceux à faible résistance vis-à-vis du test de vieillissement
artificiel. Dans ce cas-là, le test de cisaillement est indispensable à la validation d’un collage
structural, pouvant écarter des conditions de collage préalablement validées par le test de
délamination.
103
Figure 47: Ratio des résistances en fonction des contraintes maximales fv relevées : (a) Q. rosea, (b) P. venosa et
(c) D. guianensis et triées par les résultats de délamination (<10% ou >10%)
R² = 0,3269
0%
50%
100%
150%
200%
250%
0 5 10 15 20
Rat
io d
es
rési
stan
ces
R
Contrainte maximale fv (Mpa)
D ≥ 10%
D < 10%
R² = 0,3554
0%
50%
100%
150%
200%
250%
0 5 10 15 20 25
Rat
io d
es
rési
stan
ces
R
Contrainte maximale fv (Mpa)
D ≥ 10%
D < 10%
R² = 0,3583
0%
50%
100%
150%
200%
250%
0 5 10 15 20 25
Rat
io d
es
rési
stan
ces
R
Contrainte maximale fv (Mpa)
D ≥ 10%
D < 10%
(a)
(b)
(c)
104
Même si aucune influence de l’appareillage sur la résistance au cisaillement n’a pu être établie, ces
résultats de cisaillement mettent en évidence que l’assemblage par collage de ces bois tropicaux
passe avec succès cette norme de validation (86% de résultats validés pour toutes les conditions de
collage testées). Il s’avère donc que, pour la validation d’un collage structural, le test de
délamination est une évaluation plus sévère des conditions de collage. Cependant, dans le cas de
l’essence de bois la plus dense (P. venosa), ces deux tests normalisés restent indispensables quant à
la validation d’un nouveau collage structural. En effet, en observant les ratios de résistances (R), on
s’aperçoit que des joints de colle suffisamment résistants à la délamination ne sont pas aussi
résistants que le bois massif. Il est donc important de prendre en compte ce ratio R pour la
validation d’une condition de collage afin qu’un lamellé-collé structural soit au moins
mécaniquement identique à celui du bois massif.
3.3.3 Campagne de validation des conditions
de collage
Compte tenu d’une variabilité importante des résultats de délamination présentés précédemment,
une nouvelle campagne de collage de 4 poutres par essence (2 appareillées de façon homogène et
les 2 autres de façon hétérogènes) a été menée afin de vérifier que des paramètres identifiés sont
suffisants pour l’obtention d’un collage structural correct. L’approvisionnement en résine s’est fait
par un autre fabricant, fournissant une colle supposée plus compatible avec les bois « difficiles à
coller ». De plus, l’étape d’encollage s’est réalisée en simple face cette fois-ci afin de juger de la
bonne tenue du collage lors d’une fabrication industrielle (écartant l’encollage en double face). Par
ailleurs, le temps d’assemblage fermé a été rallongé et fixé à 40min (tableau 18) et la pression
établie à 1Mpa. D’ailleurs, ce nouveau TAF est plus adéquat pour la réalisation industrielle du
projet. En effet, lors de la fabrication en usine, le temps nécessaire à la constitution d’une poutre
standard de lamellé-collé, avant sa mise sous presse, est largement supérieur à 5 min.
Tableau 18: Récapitulatif des conditions de collage retenues en fonction des bois
Essence Grammage (g/m²) Pression (MPa) TAF (min)
Q. rosea 450 1 40 P. venosa 300 1 40
D. guianensis 300 1 40
105
Notons que pour le D. guianensis, le temps d’assemblage fermé, bien qu’il fût préconisé court, a été
fixé à 40 minutes comme pour les autres essences. En effet, il s’avère que lors de plusieurs tests sur
ce paramètre, un temps long (40 minutes) avait d’aussi bons, voire de meilleurs résultats qu’avec un
temps court. De ce fait, pour toutes les essences de bois, le temps d’assemblage fermé a été fixé à
40 minutes
3.3.3.1 Résultats des tests de délamination
Les échantillons provenant de ces nouvelles poutrelles collées, suivant les prescriptions soulignées
précédemment, ont subi le test de délamination, avec les deux cycles de gonflement/séchage et les
résultats sont présentés dans la figure 48. Ces résultats sont moyennés pour 5 échantillons provenant
d’une même poutre.
Sur cette figure, on remarque que dans le cas du Q. rosea des échantillons présentent encore des
résultats de délamination largement supérieurs à la limite imposée par la norme. Notons par ailleurs
que les échantillons présentant les plus fortes délaminations (66 ± 3%) proviennent d’une poutre
appareillée de façon contraignante en mélangeant les débits (dosse-quartier-dosse ou quartier-dosse-
quartier).
Concernant le P. venosa, les résultats présentés par la figure 48 sont de plus en plus homogènes,
mais certains ne sont pas encore concluants.
Les résultats obtenus sur ces deux essences de bois montrent que les conditions de collage testées
peuvent engendrer un joint maigre et donc de fortes délaminations. Ainsi, ces conditions ne sont pas
adéquates.
Enfin, les résultats de délamination sur le D. guianensis ont permis d’établir les conditions
minimales de fabrication pour cette essence qui présente de bons résultats pour la validation d’un
collage structural même avec un encollage simple face (4 % de délamination).
106
Figure 48 : Résultats de délamination pour la validation des paramètres de collage
Afin d’étudier la variabilité des résultats de délamination obtenus pour cette campagne de collage,
la figure 49 les représente triés en fonction des appareillages testés et du type d’encollage utilisé,
avec nc = non contraignant et c = contraignant.
Figure 49 : Résultats de délamination en fonction de l’appareillage et de l'encollage testés
La figure 49 illustre bien qu’un appareillage contraignant engendre des délaminations plus
importantes que celles d’un appareillage non contraignant.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
Q. rosea P.venosa D. guianensis
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Q. rosea (nc) Q. rosea (c) P. venosa (nc) P. venosa (c) D. guianensis (nc) D. guianensis (c)
Dé
lam
inat
ion
(%
)
double face simple face
107
De plus, on remarque que dans le cas du Q. rosea et du P. venosa, les résultats de délamination
obtenus avec un simple encollage sont meilleurs que ceux enregistrés avec un encollage double
face. Cette observation vient en contradiction avec les préconisations de collage relevées dans la
bibliographie. Cependant, dans le cas du D. guianensis, l’effet du double encollage est bien en
adéquation avec ces observations. Par ailleurs, la figure 50, présente ces mêmes résultats en
fonction de la température enregistrée lors de l’encollage et de l’appareillage réalisé.
Figure 50 : Délamination en fonction de la température ambiante d’encollage
Sur cette figure, les collages réalisés à 22°C ont été faits en simple encollage et ceux réalisés à 32°C
en double encollage. On remarque ainsi que pour le Q. rosea et le P. venosa, l’élévation de la
température lors de l’encollage a eu un effet négatif sur la résistance du joint de colle aux
délaminations. En effet, du fait que la résine utilisée soit thermodurcissable, l’adhésif appliqué
polymérise plus rapidement avec une température élevée, engendrant un durcissement plus rapide
de celui-ci sur les lames de bois. De plus, avec un encollage double face, la quantité de résine
appliquée par face est deux fois moins élevée qu’avec un encollage simple face et ainsi son temps
de polymérisation est plus court. Combiné avec une température élevée, il est possible que la résine
appliquée sur chaque face soit à un stade de polymérisation avancée, gênant la cohésion de la colle
lorsque les lames sont mises en contact. Cette mauvaise cohésion peut expliquer ces mauvais
résultats de délamination sur le Q. rosea et le P. venosa obtenus avec l’encollage double face.
Au regard de ces résultats, le D. guianensis s’est illustré comme l’essence de bois ayant la meilleure
aptitude au collage pour la fabrication de lamellé-collé. Afin de confirmer les résultats obtenus en
simple face sur cette essence, 4 autres poutres encollées dans les mêmes conditions ont été testées.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
22°C (nc) 22°C (c) 32°C (nc) 32°C (c)
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Q. rosea P.venosa D. guianensis
108
Ainsi le test de délamination a été réalisé sur 20 échantillons. La figure 51 regroupe tous les
résultats de délamination des poutres encollées en simple face sur le D. guianensis.
Figure 51 : Résultats de délamination du D.guianensis encollé en simple face
Les résultats viennent conforter la bonne aptitude au collage du D. guianensis en simple face et
suivant les conditions de collage établies lors de cette campagne de test.
Concernant les deux autres essences de bois, malgré certains résultats satisfaisants, le risque de
délamination est encore trop prononcé pour définir ces essences de bois comme de bons supports
pour la fabrication de lamellé-collé. Concernant le P. venosa, il est possible que les résultats de la
campagne de validation, viennent de l’effet d’une pression trop forte, créant des joints maigres.
Dans le cas du Q. rosea, le fait d’appliquer la résine en simple face a pu éviter une trop forte
adsorption de la colle par les deux lames de cette essence poreuse. De nouveaux tests, en
augmentant le grammage ou en diminuant le TAF ou en diminuant la section des lamelles, seraient
nécessaires pour améliorer les résultats obtenus.
3.3.3.2 Résultats des tests de cisaillement Afin de valider les collages réalisés lors de cette campagne de lamellation, le test de cisaillement de
l’assemblage par collage a été mené sur 10 échantillons par essence. La figure 52 présente les
contraintes maximales de cisaillement fv pour les différentes essences de bois.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Grammage mesuré dans l'assemblage (g/m²)
109
On remarque sur cette figure que la résistance mécanique des joints de colle est élevée et se
rapproche de celle mesurée sur le bois massif. Concernant le P. venosa, cette essence présente des
résultats plus variables que les deux autres.
Figure 52: Contrainte maximale de cisaillement fv relevée sur les joints de colle et le bois massif
La norme européenne valide un collage structural en associant la contrainte de rupture au
cisaillement pondérée (fv) relevée lors de l’essai et l’adhérence du joint de colle (cf. § 2.1.2). De ce
fait, la figure 53 illustre les résultats d’adhérence en fonction des contraintes fv.
Figure 53: Taux d’adhérence en fonction des contraintes de cisaillement relevées
0
5
10
15
20
joint de colle bois massif
Co
ntr
ain
te d
e c
isai
llem
en
t fv
(M
pa)
Q. rosea P.venosa D. guianensis
0%
20%
40%
60%
80%
100%
6 ≤ fv < 11 fv ≥ 11
Tau
x d
'Ad
hé
ren
ce A
Q. rosea P.venosa D. guianensis
110
D’après cette figure, les taux d’adhérence sont en adéquation avec les préconisations de la norme
européenne. Cela valide la résistance au cisaillement des assemblages par collage réalisés lors de
cette campagne, et ce pour toutes les essences de bois. Enfin, notons que, pour Q. rosea et
D.guianensis, seuls 2 joints de colle présentent des contraintes de cisaillement inférieures à 11 MPa
contre 5 joints de colle pour P. venosa. Ceci expliquant la variabilité des résultats pour cette essence
illustrée par la figure 53.
3.3.3.3 Conclusion de la validation d’un collage par
lamellation En conclusion de cette campagne de collage, il résulte que les trois essences de bois guyanaises
passent avec succès le test de cisaillement du joint de colle afin de valider la résistance mécanique
de l’assemblage structural par lamellation.
Cependant, les résultats de délamination ne sont pas encore suffisamment homogènes et au-dessus
de la limite préconisée par la norme pour le Q. rosea et le P. venosa. Dans le cas du D. guianensis,
les deux tests normalisés pour la validation d’un tel collage sont concluants et ce même pour un
encollage simple face, utilisé en industrie.
De ce fait, cette campagne a permis de valider les conditions de collage utilisées sur le D.
guianensis pour une fabrication industrielle de lamellé-collé avec cette essence. Les deux autres
présentant encore des risques de délamination trop importants avec les conditions de collage
utilisées ici. Des tests supplémentaires avec l’ajout de résine (Q. rosea) ou la diminution de la
pression (cas du P. venosa) doivent être menés afin d’atteindre la limite requise pour le test de
délamination, nécessaire à la validation d’un collage structural.
111
3.3.3.4 Paramètres de fabrication influençant la
qualité du collage
3.3.3.4.1 Influence de l’encollage en double face Dans l’industrie du lamellé-collé, l’étape d’encollage se réalise en simple face, c'est-à-dire que la
résine est appliquée sur une seule face des lamelles avant la mise en contact. Dans le cas de bois dits
« difficiles à coller », il est recommandé de réaliser un encollage en double face qui s’avère plus
bénéfique pour la création d’un assemblage résistant (cf. § 1.4.2).
Afin d’évaluer l’influence du double encollage, huit poutres de D. guinanensis ont été collées avec
les même conditions que celles fixées lors de la campagne de validation (cf. § 3.3.1), seul le mode
d’application de la résine a changé (quatre poutres sont encollées en simple face, les autres en
double face). Les cinq échantillons de chacune des poutres ont ensuite été testés en délamination et
les résultats sont présentés par la figure 54.
Figure 54: Influence de l’encollage en double face sur le collage via le test de délamination pour le D. guianensis
Les résultats présentés sur cette figure illustrent bien l’influence significative de l’encollage en
double face sur un bois « difficile à coller » (R² = 0.86 et valeur p < 0.0001). On remarque que les
résultats de délamination sont nettement améliorés par l’application de la colle sur les deux faces
mises en contact plutôt que sur une seule. Grâce à l’encollage sur les deux supports, chacune des
faces peut laisser pénétrer un minimum d’adhésif avant qu’elles soient mises en contact pour le
serrage. Ceci augmente l’ancrage de la résine dans le bois de part et d’autre de chaque assemblage.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Hétérogène Homogène
Dé
lam
inat
ion
(%
)
simple face double faces
112
De plus, la figure 54 met en évidence l’influence de l’appareillage sur la bonne adhésion. En effet,
on obtient un meilleur collage lorsque les débits des lames sont homogènes. Assurément, cette étape
de préparation à l’assemblage permet de limiter les contraintes engendrées, à l’interface de collage,
par les rétractibilités du bois lors de sa mise en œuvre.
3.3.3.4.2 Influence de l’épaisseur des lamelles Afin d’étudier l’influence de l’épaisseur des lamelles sur les délaminations pour le P. venosa et le
D. guianensis, 8 poutres pour chaque épaisseur ont été collées suivant les mêmes conditions (cf. §
3.3.1). La moitié des poutres sont appareillées de façon homogène.
Lors de la fabrication de lamellé-collé, l’expérience des fabricants a permis d’identifier des sections
maximales afin que le collage structural soit satisfaisant. Celles-ci sont de 12 000mm² pour des
résineux et de 7 500mm² pour des feuillus [105]. De plus, d’après la norme européenne de
fabrication, les épaisseurs des lamelles à encoller sont aussi réglementées avec un maximum de 50
mm pour des conifères et de 40 mm pour les feuillus, et ce dépendant de la classe de service où les
produits seront utilisés. Par exemple, pour un emploi en classe de service 3 (extérieur soumis à de
fortes réhumidifications) les épaisseurs maximales sont réduites à 35 mm (et respectivement à
10 000mm² et 6 000mm² pour les sections). De ce fait 3 épaisseurs ont pu être testées, pour le P.
venosa, (16, 22 et 28 mm), l’approvisionnement par la scierie ne permettant pas d’avoir des sections
de 3 400mm² (la largeur des lamelles étant fixée à 100mm). En ce qui concerne le D. guianensis,
une épaisseur supplémentaire a été étudiée (34mm).
Suite à deux semaines de stabilisation, 5 échantillons par poutres ont subi le test de délamination et
les résultats sont présentés sur la figure 55.
113
Figure 55: Influence de l’épaisseur des lamelles sur les délaminations
A travers ces résultats, il apparait évident que plus la section des lames est petite, plus les
délaminations sont faibles (R²= 0.76 pour le P. venosa et R² = 0.85 pour le D. guianensis). En effet,
avec des faibles sections, les contraintes engendrées lors du test de délamination, dues aux retraits
transverses du bois, sont minimisées ainsi que les risques de rupture dans le joint de colle.
Concernant les écarts types, les délaminations maximales sont principalement observés dans les
assemblages hétérogènes.
3.4 Validation d’un collage structural par
aboutage
3.4.1 Difficulté de réalisation des aboutages Le test d’aboutage a été réalisé avec les moyens du laboratoire qui ne sont pas adaptés au test
d’aboutage. La presse MTS a été initialement utilisée mais elle est vite tombée en panne. Celle-ci
n’était pas adaptée à ce type de tests car les modules d’élasticité radiaux, tangentiels et la résistance
à l’écrasement (bien approximée par la mesure de dureté), de ces essences à encoller (tableau 19)
nécessitent des efforts élevés pour emboiter les entures, ce qui est impossible à obtenir avec la
presse MTS. En conséquence, les échantillons obtenus étaient majoritairement mauvais : fibres
moyennes désaxées, entures partiellement emboitées (65%), ruptures des entures par compression
et/ou par torsion, rupture du bois (figure 56).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
16 22 28 34
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Epaisseur des lamelles (mm)
P.venosa D.guianensis
114
Tableau 19: Comparaison des modules d’élasticité transverses et de la dureté de différents bois
Nom latin Module d’élasticité
Radial (MPa)
Module d’élasticité tangentiel
(MPa)
Dureté de Monnin
Qualea rosea 2086 1246 3.9
Dicorynia guianensis 2218 1352 5.7
Peltogyne venosa 2565 1643 6.6
Larix decidua 1356 923 3.8
Picea abies 1000 636 2.2
Quercus robur, Quercus petraea 2218 1352 4.4 Les modules radiaux et tangentiels ont été calculés grâce aux équations de Guitard et El Amri [39], présenté en PARTIE
1 - § 1.2.5.4.
Figure 56: Photos des éprouvettes d’aboutage réalisées pour la caractérisation mécanique (cas du P. venosa).
Un nouveau dispositif a été mis en place, en utilisant la presse manuelle utilisée pour le collage à
plat. L’application de la pression est réalisée par un cric 5 tonnes dans le sens horizontal pendant
que les pièces sont serrées sur le bâti par des martyrs en T. serratifolia (figure 572). Cependant,
après quelques essais, il s’avère que la pression de 5 tonnes déformait le bâti de serrage avant même
que les éprouvettes soient aboutées.
Figure 57: Bâti de serrage pour la réalisation des aboutages
2 Notons que les éprouvettes à abouter étaient maintenues par le dessus grâce à des martyrs en T. serratifolia. Ils ne
sont pas représentés sur cette figure pour que l’échantillon soit visible
Cric 5 tonnes
Martyrs de T. serratifolia
Eprouvette à abouter
115
Afin d’évaluer la performance du bâti de serrage mis en place pour l’aboutage, des éprouvettes de
25x30x300 mm³ en Picea abies ont été réalisées comme témoins pour cette étape de fabrication.
Avec cette essence résineuse, combinée à la réduction de la section à abouter, des éprouvettes
correctement assemblées en bois de bout ont pu être obtenues mais difficilement. Malheureusement,
avec la même section, les éprouvettes en Q. rosea, P. venosa et en D. guianensis n’ont toujours pas
réussi à être aboutées correctement (emboitement maximal à 85% pour le Q. rosea).
Suite à toutes ces difficultés pour réaliser cet assemblage mécanique en Guyane Française, le bâti de
flexion 4 points du laboratoire a été utilisé pour pouvoir appliquer un minima de 4.à 5 tonnes sur la
surface des éprouvettes (allant jusqu’à 8 tonnes pour le Q. rosea). De ce fait, un dispositif
« maison » constitué d’un tube en acier et des baguettes de bois a permis de maintenir les deux
pièces à abouter (figure 58). Les éprouvettes testées ont pour dimensions : 30×40×580 mm³,
dimensions maximales acceptées par le bâti de flexion 4 points piloté par la MTS.
Figure 58: Dispositif de serrage pour la réalisation des éprouvettes d’aboutage
Certes, avec ce dernier dispositif, les échantillons avaient un meilleur emboitement, néanmoins, les
éprouvettes obtenues étaient soit endommagées soit partiellement emboitées. De plus, il s’avère que
la plupart de la colle appliquée au niveau des entures était chassée de l’assemblage lors de la mise
sous pression. Ceci permet, une nouvelle fois, d’apprécier le fait qu’une pression forte sur un bois
dense, n’est pas conseillée.
Tube contenant l’éprouvette
Bâti de flexion 4 points
Dispositif de maintien du tube
116
3.4.2 Validation et caractérisation
mécaniques des aboutages Sur les échantillons correctement aboutés, des tests de validation et de caractérisation mécanique
ont été réalisés sur le bâti de flexion 4 points (figure 59) conformément à la norme NF EN 408 cf. §
2.1.3). Les tests de flexion sont réalisées sur des éprouvettes de dimensions 37×27×580 mm³ et à
27×37×580 mm³. La longueur des éprouvettes de flexion à chant était de l’ordre de 15h (soit
580mm) et celles de flexion à plat, de même longueur correspondaient à 20h. D’un point de vue
échantillonnage, 15 éprouvettes par essence ont été testées à chant et 15 autres à plat. A titre de
comparaison, 5 éprouvettes de bois massif ont elles aussi été testées en flexion à chant et 5 autres en
flexion à plat.
Figure 59: Dispositif de flexion 4 points à chant sur une éprouvette aboutée de P. venosa
A partir de l’équation 6 (cf. § 2.1.3.1), les modules locaux d’élasticité, corrigés par l’humidité et
l’effet d’échelle ont été calculés pour les éprouvettes testées à plat et à chant, et sont présentés par la
figure 60.
Notons que sur la figure 60, un seul MOE a été enregistré pour les tests en flexion à chant du Q.
rosea abouté.
117
Figure 60: Résultats des modules d’élasticité locaux des échantillons testés à chant et à plat
La figure 60, illustre que les modules locaux d’élasticité évalués sont sensiblement les mêmes pour
les éprouvettes aboutées et massives. Ceci indique que le collage de l’assemblage est satisfaisant.
De plus, des éprouvettes massives de D. guianensis testées à plat présentaient des modules
d’élasticité bien inférieurs aux autres échantillons de la même essence (13000 MPa au lieu de 14800
MPa dans la bibliographie [106])
Afin d’évaluer la résistance à la flexion des aboutages, la contrainte maximale de flexion est
calculée suivant l’équation 7 (cf. § 2.1.3.1).
Les résultats des tests de flexions réalisés à plat et à chant sur les éprouvettes aboutées et massives
sont donnés dans la figure 61.
0
5000
10000
15000
20000
25000
Q. rosea P. venosa D. guianensis
Mo
du
le lo
cal d
'éla
stic
ité
Em
l (M
pa)
LC_chant Massif_chant LC_plat Massif_plat
118
Figure 61: Résultats des flexions à chant et à plat pour les éprouvettes aboutées et celles en bois massif
Ces résultats, mettent en évidence deux principales observations :
La première est que pour les chargements considérés (à plat ou à chant), la résistance à la flexion
des éprouvettes aboutées est inférieure à celle obtenue avec des éprouvettes massives. Ceci se
traduisant par une résistance quasi égale à celle du D. guianensis abouté. Cette première observation
souligne bien le fait que l’aboutage est le paramètre mécanique réducteur dans l’utilisation des bois
en bois lamellé-collé. En effet, les usinages testés sont 40 à 60 % moins résistants que les
éprouvettes de bois massif.
Cependant, il est possible que la détérioration des éprouvettes, due à une mauvaise application de la
pression, soit responsable d’une bonne part de la variabilité de ces résultats. En effet, pour la
création d’un assemblage structural par aboutage, toutes les pièces présentant des craquelures ou
des vides (> 1mm) entre les entures sont normalement rejetées, car elles sont qualifiées
d’inadéquates [107].
La deuxième observation concerne la différence des résultats entre les éprouvettes testées à plat et à
chant. On remarque que la résistance des éprouvettes de bois massif testées à chant est globalement
semblable à celle obtenue par flexion à plat.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Q. rosea P. venosa D. guianensis
Ré
sist
ance
à la
fle
xio
n f
m (
Mp
a)
LC_chant Massif_chant LC_plat Massif_plat
119
Concernant les différences de résistances entre les aboutages et le bois massif, plusieurs auteurs
(Erickson, Stanger, Brynildsen…) ont évalué l’efficacité de l’aboutage par le rapport entre la
contrainte maximale dans le bois abouté et celle du bois massif (Ra en %) [108]. Leurs études
montrent que dans le cas d’une flexion à chant, les ratios Ra sont de l’ordre de 60% (59% sur le
Pseudotsuga menziesii, 58% sur le Pinus radiata). Pour une flexion à plat, ces ratios diminuent
(33% sur le P. menziesii, 50% sur le P. radiata). Brynildsen, a évalué le ratio des modules
d’élasticité de l’aboutage et du bois massif et a conclu qu’il n’est pas affecté par l’aboutage [108].
En étudiant ces ratios entre le bois abouté et le bois massif sur les résultats obtenus avec les trois
essences guyanaises (tableau 20), on s’aperçoit de prime abord que les MOE enregistrés sont peu
influencés par l’effet d’aboutage, conformément aux observations ci-dessus. En revanche, une
tendance inversée est observée pour les ratios des contraintes maximales. En effet, les ratios de 30 à
40% environ sont observés lors d’une flexion à chant et des ratios de 60% environ lors d’une
flexion à plat.
Tableau 20: Ratio entre les aboutages et le bois massif
Essence Ratios des contraintes maximales Ratio des MOEs
Ra à chant (%) Ra à plat (%) Ra à chant (%) Ra à plat (%)
Q. rosea 42.3 66.5 90.0 98.0 P. venosa 46.8 56.4 94.5 99.0 D. guianensis 32.2 102.0 110.3 115.2
Notons que le ratio de résistance exprimé pour le D. guianensis testé à plat est supérieur à celui
calculé pour le Q. rosea et le P. venosa. Ceci s’explique par la faible résistance à la flexion des
présentée par la figure 61.
Cette observation sur l’inversement des ratios de contraintes maximales entre le bois abouté et le
bois massif pour des flexions à chant et à plat pourrait s’expliquer par le mode de chargement sur
des éprouvettes endommagées, engendrant des résultats très variables. En effet, dans le cas de la
flexion à chant, une fissure se trouvant dans la zone mise sous tension lors du début du test amorce
facilement une propagation des fissures dans l’éprouvette, réduisant ainsi la résistance de l’aboutage
à la flexion. En revanche, lors d’une flexion à plat, même si une fissure se présente dans la partie
mise sous tension, celle-ci peut être compensée par les autres entures de l’aboutage, retardant ainsi
la rupture de l’éprouvette. Ainsi, il semble que les différences de 30% entre les contraintes
maximales en flexion à chant et à plat soient dues à ce phénomène de sollicitation de l’aboutage.
120
Ainsi, la qualité des aboutages est un facteur important quant à l’obtention d’une bonne résistance
mécanique de cet assemblage. En première instance, si l’étape d’aboutage est mal réalisée, il se peut
que les entures s’emboitent mal car soit trop longues, soit trop courtes, soit décalées. Dans les cas
d’entures trop longues, lors du serrage, le bout de celles-ci se trouvera compressé, créant ainsi des
zones à fortes concentration de contraintes, affaiblissant l’assemblage [109]. Des entures trop
courtes créent des vides en bout de l’assemblage et diminueront les surfaces de collage. De plus,
d’un point de vue esthétique, ces vides sont rejetés par les clients. Enfin, Jokerst [108], rapporte
d’une étude, qu’une variation de quelques centièmes de millimètres pour un aboutage entraîne une
faible résistance mécanique et un mauvais auto-serrage, risquant de défaire les pièces aboutées en
attendant que la résine polymérise [108].
Enfin, l’équation 12 (cf. § 2.1.3.2) a permis de déterminer la valeur limite du fond de l’enture, ɤ,
pour laquelle la fissuration de l’éprouvettes est amorcée si la valeur réelle de ɤ est inférieure. En
fonction des essences, ces valeurs limites ont été déterminées par les modules d’élasticité relevés
lors de cet essai et de leur contrainte à la rupture en traction perpendiculaire au fil (ft,90,r =2.7 MPa
[110]) .
ɤlimite, P. venosa = 0.530 mm
ɤlimite, D. guianensis = 0.529 mm
ɤlimite, Q. rosea = 0.529 mm
Or le ɤ mesuré sur l’usinage réalisé était de 0.500 mm. Ce qui explique la fissuration dans la plupart
des éprouvettes. En effet, lors de l’aboutage, l’emboitement des entures, presque incompressible du
fait de la dureté des bois, engendrait, dans l’enture femelle, des contraintes de traction
perpendiculaire au fil supérieure à leur limite de résistance. A titre de comparaison, la limite
inférieure du fond de l’enture ɤ pour le P. abies, résineux communément utilisé en lamellé-collé, est
de 0.510 mm. Cependant, avec une dureté plus faible, l’enture mâle peut s’écraser afin de
s’emboîter correctement. On remarque ainsi que l’outil d’usinage standard est plus adapté aux
résineux pour la réalisation d’aboutage. Pour la réalisation des aboutages en bois exotique, il est
conseillé d’augmenter le fond de l’enture (0.535 mm par exemple) afin que l’emboitement des
entures se fasse correctement. Cependant, faute de temps, cette piste d’amélioration n’a pas été
explorée.
121
Notons enfin que, généralement, la pression à appliquer pour le serrage des aboutages est fonction
de la longueur des entures (tableau 21) [111].
Tableau 21: Pression à appliquer en fonction de la longueur des entures
Cependant pour des bois denses, appliquer une telle pression, pour des entures de 15 mm de long,
n’est pas forcément bénéfique car :
La colle peut être chassée de l’aboutage, créant ainsi un joint maigre de faible résistance mécanique,
Des zones de fortes contraintes peuvent apparaître lors du serrage de l’aboutage en emboitant les
deux pièces. Des fissures peuvent même avoir lieu au niveau des pointes des entures, rédhibitoires
pour un assemblage mécanique.
On pourrait ainsi conclure sur le fait que, pour abouter ces essences tropicales, le choix d’un
profilage avec des entures de 30 mm de long serait bénéfique (pression à appliquer plus petite, la
surface relative de collage A est plus élevée). Malheureusement, un tel usinage sur des bois aussi
denses est très énergivore (très grande puissance nécessaire au profilage) et produit beaucoup plus
de perte matière. En plus de ce paramètre économique, cet usinage peut apporter des complications
supplémentaires comme la carbonisation du bois. En effet, du fait de leur forte densité et des efforts
de coupe importants, ces essences guyanaises risquent de se carboniser au niveau du profilage,
créant ainsi un « glaçage » du bois, empêchant la pénétration de la résine dans le support. Une autre
alternative serait d’adapter un outil de profilage pour les bois denses, afin que le fond des entures
permette un emboitement aisé, sans perdre le caractère auto-serrant de cet assemblage.
Longueur de l’enture (mm)
Pression de serrage (MPa)
10 12 15 11 20 10 30 8 40 6 50 4
122
3.5 Etude de l’aptitude au collage des
essences guyanaises
Afin de comprendre l’aptitude au collage de ces essences guyanaises, nous nous sommes basés sur
deux concepts qui sont utilisés pour décrire l’adhésion entre un fluide et un solide.
Pour le premier principe, l’étude s’est portée sur la porosité des supports. Nous rappelons ici que la
porosité est le rapport entre le volume des vaisseaux et le volume total. Néanmoins, il est d’usage
pour certains matériaux tel que le bois, de définir la conductivité des vaisseaux. L’indice théorique
de porosité du bois, Ip, est donné par l’équation 20.
(20)
Avec :
Dmoy, vaisseaux est le diamètre moyen des vaisseaux en mm
ρsurfacique est la densité surfacique en mm-2
Cependant, l’indice de porosité, seul ne peut qualifier la capacité d’absorption du bois par ses
vaisseaux. Il est d’usage de le combiner avec un indice de conductivité (Ik) évaluant la capacité des
vaisseaux à faciliter l’écoulement d’un fluide, tel que la résine. Pour évaluer cet indice, nous avons
utilisé une approximation via la formule de Poiseuille [112] donnée ci-après:
(21)
Avec :
f étant la fréquence des vaisseaux par mm²
DMH étant le diamètre moyen hydraulique des vaisseaux.
123
Du fait que les vaisseaux sont elliptiques, leur diamètre moyen, DMH, a été calculé suivant la
formule 50 [112]:
√
∑(
)
(22)
Avec :
d1 l’axe majeur du vaisseau (en mm)
d2 l’axe mineur du vaisseau (en mm)
N le nombre de vaisseaux mesuré.
Pour les essences guyanaises utilisées, l’indice de porosité a été identifié à partir des données
bibliographiques [106].
Afin de déterminer l’indice de conductivité hydraulique, 5 dosses et 5 quartiers par essences ont été
sélectionnés. Deux photos ont été prises à l’aide d’un microscope confocal sur chaque échantillon.
En combinant ces deux indices, il est possible d’évaluer l’écoulement du fluide à travers ces trois
essences.
Enfin, pour évaluer l’ancrage de la résine dans les vides cellulaires, 27 joints de colle, réalisés lors
de la troisième campagne de collage par lamellation, ont été observés par un microscope à
fluorescence pour déterminer la pénétration de la résine dans le bois de part et d’autre de l’interface
de collage.
Le deuxième principe utilisé n’est autre que la théorie de d’adhésion par absorption
thermodynamique, caractérisée par le critère mouillant des supports. (cf. § 1.3.3.1). De plus si le
bois a des indices de porosité et de conductivité élevés, alors plus la mouillabilité est élevée (ɵ
faible) et plus l’absorption de la résine par le bois le sera. Ainsi, afin d’évaluer l’affinité des bois
étudiés avec l’eau, ainsi que leur cinétique d’absorption, le critère de mouillabilité a été déterminé.
Les mesures ont été réalisées au FCBA sur 3 débits différents: un quartier, une dosse et un faux
quartier, avec un seul liquide : l’eau. Ayant utilisé des colles à forte teneur en eau (constituant
124
environ 40% de la composition pour des RPF) pour l’étude du collage en Guyane Française, ce
liquide semble être le plus approprié pour cette étude comparé aux autres de polarités différentes.
Notons par ailleurs, que les mesures de mouillabilité ne peuvent être réalisées avec de la résine car
trop visqueuse pour pouvoir être déposée, de façon calibrée, sur le support étudié. De plus le
processus de polymérisation de ce type de résine engendre des molécules d’eau qui, dans le cas
d’un bois peu absorbant, restent dans le plan de collage, gênant l’adhésion entre les deux lames de
bois mises en contact.
Afin d’avoir un échantillonnage suffisant, 20 mesures sont effectuées par débit provenant de deux
éprouvettes débitées dans une même planche. Ceci porte donc à 60 les mesures de mouillabilité par
essence.
3.5.1 Etude de la porosité
Comme souligné lors de l’analyse de l’influence des grammages sur la délamination (cf. § 3.3.2.1),
malgré de fortes quantités de colle utilisées, on observe que la quantité réelle d’adhésif présente à
l’interface de collage est bien en deçà de celle recommandée. Ceci s’explique par le fait qu’une
partie de l’adhésif a été chassée des plans de collage du fait de l’application d’une forte pression, et
une autre partie est passée à travers les vaisseaux car le bois est un matériau poreux. Ainsi, la
porosité du bois est un paramètre important et son effet sur le collage a été mis en évidence, en
calculant tout d’abord, à partir des données bibliographiques, l’indice maximal de porosité pour ces
essences (tableau 22 [106]).
Tableau 22: Porosité théorique des essences de bois
Essence
Dmoy, vaisseaux (mm)
ρsurfacique
(mm-2
) Ip
min moy max min moy max min moy max
Q.rosea 0.140 0.165 0.190 3 5.5 8 0.046 0.118 0.227 P.venosa 0.120 0.165 0.210 3 5 7 0.034 0.107 0.277 D.guianensis 0.225 0.260 0.300 1 1.5 2 0.031 0.080 0.141
En observant les indices de porosité théorique, on s’aperçoit que, le Q. rosea et le P. venosa ont
sensiblement la même porosité 1.5 fois plus élevée que celle du D. guianensis.
125
En complément de cet indice de porosité calculé, les indices réels de conductivité (Ik) (minimal,
moyen et maximal) de ces essences ont été déterminés grâce à l’observation des 50 photos prises,
par essence, sur les échantillons testés en délamination (tableau 23). A titre comparatif, les indices
de conductivité théoriques, basés sur les données présentées dans le tableau 22, ont été calculés à
partir de l’équation 21.
Tableau 23: Indice de conductivité (Ik) des essences guyanaises
Q. rosea P. venosa D. guianensis
mesuré théo mesuré théo mesuré théo
Ik, moyen 1.83E-3 4.08 E-3 5.53 E-4 3.71 E-3 8.85 E-3 6.85 E-3
Ik, min 3.33 E-4 1.15 E-3 7.3 E-5 6.22 E-4 2.76 E-4 2.56 E-3
Ik, max 4.78 E-3 1.04 E-2 1.55 E-3 1.36 E-2 1.5 E-3 1.62 E-2
Ces résultats d’indice de conductivité viennent conforter le fait que le Q. rosea est l’essence
guyanaise ayant les plus grands indice de porosité et de conductivité. Elle est la plus apte à conduire
un fluide à travers ses vaisseaux. Ceci explique bien la capacité de ce bois à faciliter l’écoulement
d’un fluide, tel que la résine. Ceci peut conduire à des joints maigres, lors de la mise sous pression
des lames lorsque la quantité de colle appliquée est faible.
En revanche, contrairement à l’indication donnée par l’indice de porosité, il apparait que le D.
guianensis a une plus forte capacité de conduction que le P. venosa. Ce complément d’information
montre que même si le P. venosa a une porosité proche de celle du Q. rosea, ses vaisseaux ont une
faible capacité à laisser passer un fluide. De ce fait, un minimum d’adhésif peut passer à travers le
bois grâce à un nombre suffisant de vaisseaux dans le plan de collage, mais, sa densité et sa faible
conduction engendre une expulsion de la colle lors de l’application de la pression contrairement au
Q. rosea, qui, lui, laisse pénétrer la résine lors du collage.
A contrario, le D. guianensis lui présente un faible indice de porosité mais une forte conduction par
ses vaisseaux. Ainsi, et même si des dépôts blanchâtres viennent obstruer certains pores, ses
vaisseaux sont suffisamment conducteurs pour laisser passer la résine lors de la mise sous pression.
126
Ces différences pourraient être expliquées par l’indice d’imprégnation de ces bois. En effet, cet
indice conduit à un classement des bois par leur capacité à laisser pénétrer et à retenir un fluide
[113]. L’imprégnation d’un bois est rendue difficile par la fermeture des voies naturelles de
conduction des cellules. Pour les bois utilisés, le Q. rosea est défini comme moyennement
imprégnable (indice 2), le P. venosa et le D. guianensis sont peu imprégnables (indice 3).
Avec ces deux indices de caractérisation, on peut établir le fait qu’avec des indices de porosité et de
conductivité élevés, le Q. rosea est l’essence la plus à même d’avoir un fort ancrage mécanique de
la résine. Dans le cas du P. venosa, même si cette essence présente une forte porosité, la faible
conduction de ses vaisseaux empêche la pénétration de la résine dans ce matériau. Enfin, pour le D.
guianensis, malgré une capacité à la conduction d’un fluide par ses vaisseaux élevée, son faible
indice de porosité entraine une faible capacité de laisser passer les fluides.
Afin de mieux apprécier la capacité de ces essences à laisser la résine pénétrer à travers leurs
vaisseaux, l’observation des joints de colle, en coupe transversale après un rafraîchissement de la
surface, a été réalisée grâce à un microscope à épifluorescence (figure 62). Ces photos ont permis
d’évaluer l’épaisseur du joint de colle, et donc le grammage réel appliqué, ainsi que la pénétration
de la résine dans le bois, qui se trouve dans les vaisseaux proches de l’interface de collage.
Suite à un traitement d’image, réalisé à l’aide du logiciel Image J, on observe clairement le joint de
colle sur les échantillons ainsi que la pénétration de l’adhésif dans les vaisseaux. Chaque image est
prise sur un échantillon de chaque essence de bois ayant la même condition de collage et le même
appareillage (assemblé de façon hétérogène).
127
(a1) (a2)
(b1) (b2)
(c1) (c2)
Figure 62: Photos (x120) prises par épifluorescence d’un joint de colle pour le Q.rosea (a1), le P.venosa (b1) et le
D.guianensis (c1) ainsi que leur traitement d’image associé (respectivement a2, b2 et c2)
Ces photos mettent en évidence que plus le bois est poreux, plus la pénétration de la résine dans ce
matériau est forte. Cependant, cette pénétration dépend de la capacité des vides cellulaires à laisser
passer un fluide. En effet, on remarque que la pénétration de la résine dans le Q. rosea est plus
importante que dans le P. venosa (respectivement figure 62 a2 et figure 62 b2).
6 mm
6 mm
6 mm
Pénétration
de 2.9 mm
Pénétration
de 1.1 mm
Pénétration
de 0.4 mm
128
Cependant, des recherches plus complètes dans ce domaine, ont montré qu’une simple observation
du joint de colle sur une section transversale et du paramètre de pénétration (indiqué à partir du plus
loin vaisseau rempli de colle) n’est pas suffisante pour estimer la pénétration d’un liquide [114,
115]. En effet, avec un travail sur le hêtre (Fagus sylvatica), Niemz et ses collaborateurs [116] ont
montré que la pénétration des colles (polyuréthanes et urée-formol) est principalement expliquée
par la connexion inter-vaisseaux et leur organisation autour des rayons et non pas par les vaisseaux
eux-mêmes. Cependant, de telles données ne peuvent être récoltées qu’avec un équipement spécial
(synchrotron) très couteux à l’utilisation.
L’appréciation de la pénétration de la colle dans les vaisseaux et les indices de porosité et de
conductivité, permettent d’évaluer l’importance de l’ancrage mécanique sur l’adhésion de la colle
sur le bois pour ces essences. En effet, la vision mécanique de l’adhésion se caractérise par
l’enchevêtrement de la résine dans le bois, caractérisé, entre autre, part l’ancrage de la résine dans
les aspérités surfaciques et par sa pénétration dans les vides cellulaires (vaisseaux, rayon,
trachéides…) [68]. Ainsi, on constate que, pour ces essences, le rôle de l’ancrage sur l’adhésion
n’est pas primordial. En effet, l’essence (D. guianensis) ayant une faible pénétration de la résine de
part et d’autre du joint de colle, présente les meilleurs résultats de délamination. Alors que l’essence
ayant une forte pénétration (Q. rosea) a des résultats moins concluants aux tests de délamination.
Cependant, des études menées sur des résineux montrent que la porosité du substrat (ici le bois)
associée à une rugosité importante favorise l’adhésion en raison de l’augmentation de l’aire de
contact à l’interface [117-119]. Toutefois, dans le cas des essences de bois tropicales étudiées, ces
paramètres seuls ne peuvent pas expliquer le phénomène d’adhésion mais doivent être combinés
avec des paramètres complémentaires [120].
L’écoulement de la résine dans les vaisseaux ne dépend pas que des facteurs géométriques qui
donnent lieu à la porosité et la perméabilité du bois. Cet écoulement dépend aussi de la chimie des
surfaces en contact et l’affinité chimique de la résine en contact avec le bois. A défaut de réaliser
des tests sur les affinités chimiques bois/colle pour évaluer la capacité des supports à créer des
liaisons faibles (Van Der Waals, Lewis…) ou fortes (covalentes, ioniques…), on étudiera le
comportement en surface de ces bois, à travers le concept de la mouillabilité. En effet ce paramètre
permet de décrire ce qui se passe lorsqu’un liquide vient en contact avec un support solide :
étalement du fluide trop important ou non, perméabilité du support par rapport au liquide…Cette
chimie de surface peut être étudiée.
129
3.5.2 Etude de la mouillabilité
La figure 63 présente les résultats moyennés pour tous les débits par essence afin de souligner une
première tendance générale de la mouillabilité de chacun des supports. De plus, du fait de
l’approximation de la mesure en laboratoire, l’erreur standard est communément prise égale à ± 5°.
Figure 63: Mouillabilité des essences de bois étudiées et témoins
La figure 63 permet de prime abord, de souligner le fait que la mouillabilité des essences résineuses
est plus élevée que celles des feuillus tropicaux étudiés. Cependant il s’avère que le D. guianensis
présente une mouillabilité quasi-similaire au L. decidua (respectivement 37° et 36°), ce qui explique
la bonne capacité au collage de ce bois. En effet, ce paramètre permet d’expliquer les meilleurs
résultats de délamination observés sur le D. guianensis, mais aussi que cette essence enregistrait les
grammages les plus forts, proches de ceux relevés sur les échantillons témoins de L. decidua (cf. §
3.3.2.1).
Dans un deuxième temps, on s’aperçoit que, contrairement à ce que l’on pourrait penser après avoir
étudié les indices de porosité et de conductivité, le Q. rosea présente un angle de contact plus grand,
que le P. venosa. En effet la figure 63 souligne le fait que pour cette essence de bois, l’étalement du
fluide est assez faible dès l’application de la goutte à sa surface (ɵ=53°). Cependant, avec le temps,
le fluide déposé en surface pénètre constamment dans le support, montrant bien que cette essence a
un réel pouvoir d’absorption, caractérisé par ses indices de porosité et de conductivité élevés. A
contrario, pour le P. venosa, malgré un mouillage plus fort dès l’application du liquide (ɵ=43°),
0
10
20
30
40
50
60
10 60 120
An
gle
de
co
nta
ct (
°)
Temps (s)
Q.rosea
P.venosa
D.guianensis
L.decidua
P.abies
130
l’absorption reste faible (35° au bout d’une minute et 33° au bout de 2). Cela montre que, même si
une affinité chimique existe entre l’eau et le P. venosa, la densité de ce bois et sa faible conductivité
hydraulique font que le fluide déposé en surface a tendance à stagner dans le plan. Cela peut
engendrer des défauts de collage, et donc des délaminations, car lors de sa polymérisation, la résine
(PRF) libère des molécules d’eau dans le plan de collage devant être évacuées pour permettre
l’adhésion entre la colle et le bois.
Le fait qu’une essence présente une meilleure mouillabilité (plus faible angle de contact) permet
d’expliquer le fait que ce bois a une bonne affinité physique avec le fluide. Ainsi, plus le bois à un
fort pouvoir mouillant, plus la résine peut s’étaler à la surface de celui-ci, favorisant ainsi
d’avantage de liaisons chimiques, qu’elles soient « faibles » ou « fortes ». En plus de cela, et en
fonction de sa porosité et de son pouvoir de conduction, si la résine s’étale mieux à la surface du
bois, celui-ci pourra plus facilement l’absorber.
Ainsi, d’après les résultats présentés par la figure 63, il s’avère que le D. guianensis a plus
d’aptitude à adhérer avec la résine plutôt que le P. venosa ou le Q. rosea.
En analysant maintenant les résultats de mouillabilité par débit et en fonction des essences, on
remarque que les débits sur dosses ont une meilleure mouillabilité et sont donc de meilleurs
supports pour le collage (figure 64).
Figure 64: Mouillabilité des essences tropicales en fonction de leurs débits
0
10
20
30
40
50
60
10 60 120
An
gle
de
co
nta
ct (
°)
Temps (s) Q.rosea_dosse Q.rosea_quartier
P.venosa_dosse P.venosa_quartier
D.guianensis_dosse D.guianensis_quartier
131
Les différences de mouillabilité entre les débits présentées par la figure 64 s’expliquent
anatomiquement. En effet, la capacité de conductivité par les rayons est plus forte et le diamètre des
vaisseaux est un peu plus important dans le sens tangentiel que dans le sens radial. Afin de rendre
ce graphique plus lisible, les résultats par faux quartier ne sont pas représentés mais sont compris
entre les résultats sur dosse et sur quartier.
Enfin, toujours en utilisant ce critère d’angle de contact, il est possible d’expliquer l’importance du
rabotage dans les heures précédant l’encollage. Pour ce faire, les mêmes échantillons ont subi une
deuxième campagne de mesure de la mouillabilité une semaine plus tard, ce qui permet d’évaluer
l’influence du rabotage sur la mouillabilité (figure 65).
Figure 65: Mouillabilité des essences de bois étudiées et témoins non rabotés avant le test
La figure 65 montre bien que, malgré un comportement similaire à un débit fraîchement raboté, la
mouillabilité du support en est hautement affectée. Il s’avère que quelle que soit l’essence de bois
testée, l’angle de contact formé par la goute de liquide et la surface du bois est largement supérieur
aux débits usinés quelques heures avant le test. Le cas le plus flagrant est celui du P. abies, qui non
raboté, devient presque imperméable, même si au bout de quelques minutes il retrouve sa capacité
d’absorption. Lors de la réalisation de ce test, les gouttes déposées sur les essences guyanaises ont
même mis plus d’une heure avant d’être absorbées par les supports. Ces observations viennent
conforter le fait que les lames doivent être rabotées quelques heures avant l’encollage afin que leur
affinité chimique avec la colle ne soit pas altérée.
0
20
40
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80
100
120
10 60 120
An
gle
de
co
nta
ct (
°)
Temps (s)
Q.rosea
P.venosa
D.guianensis
L.decidua
P.abies
132
Ces résultats de mouillabilité montrent que le D. guianensis possède une absorption
thermodynamique quasi similaire à celle pouvant être enregistrée sur des essences résineuses. De
plus, ce test a mis en avant que l’essence tropicale la plus poreuse (Q. rosea), présente une
mouillabilité plus faible que celle enregistrée sur l’essence la plus dense (P. venosa). Ceci vient en
contradiction avec les idées selon lesquelles que plus le bois est poreux, plus la mouillabilité est
forte.
3.5.3 Conclusion sur l’aptitude au collage des
essences guyanaises
Suite aux différentes analyses menées sur la porosité et la mouillabilité des trois essences
guyanaises, il s’avère que l’aptitude du bois au collage est principalement déterminée par son
caractère de mouillabilité. En effet, les résultats présentés ont permis de montrer que même si un
bois poreux a une capacité à absorber de la résine, son caractère mouillant déterminera son aptitude
au collage.
Dans le cas du Q. rosea, même si l’ancrage mécanique de la résine dans les vaisseaux est fort, sa
médiocre mouillabilité empêche la création de liaisons chimiques entre l’adhésif et le bois. De
même, grâce à la forte capacité de conduction de ces vaisseaux, lors de l’application de la pression
durant le processus de collage, la résine appliquée dans le plan a tendance à pénétrer dans le
matériau, conduisant à des joints maigres. De ce fait, lors du test de délamination, l’interface de
collage, peu résistante, est sujette à l’apparition de craquelures.
Les mêmes conclusions peuvent être observées pour le P. venosa. Cependant, sa faible capacité de
conduction par ses vaisseaux ne permet pas d’augmenter l’ancrage de la résine dans le bois. De ce
fait, avec un mouillage moyen et une faible capacité de pénétration, l’adhésif est chassé du plan de
collage lors du serrage. De plus, il se peut que l’eau générée par la polycondensation de la résine
reste dans le plan de collage, gênant sa polymérisation, et donc son adhésion.
Enfin, dans le cas du D. guianensis, malgré un pouvoir de conduction par ses vaisseaux satisfaisant,
sa faible porosité ne permet pas à cette essence d’avoir un fort ancrage mécanique de l’adhésif dans
le bois. En revanche, avec une bonne mouillabilité, cette essence a plus d’aptitude à favoriser des
affinités chimique avec la colle et ainsi renforcer son adhésion. Ainsi avec cette bonne aptitude au
collage, lors du test de délamination, l’énergie nécessaire pour rompre l’interface d’adhésion est
plus importante et limite ainsi les risques de craquelures.
133
3.6 Récapitulatif et analyse des paramètres de
collage
Lors de l’analyse de l’influence de la pression sur les résultats de délamination obtenus par les
échantillons collés sous les martyrs en ébène (cf. § 3.3.2.1.3), il s’est avéré que seul le P. venosa est
sujet à l’influence de ce paramètre. Cependant, en analysant l’influence de l’interaction entre la
pression réelle et le temps d’assemblage fermé sur les délaminations, celle-ci peut expliquer ces
résultats pour les deux autres essences guyanaises (R² = 0.153 pour le Q. rosea et R² = 0.357 pour le
D. guianensis). De même, pour le Q. rosea et le D. guianensis, il existe une influence de la pression
de serrage sur le grammage mesuré, pouvant expliquer les résultats de délamination obtenus dans le
cadre de cette campagne de collage. Dans le cas du Q. rosea, la figure 66 présente les résultats de
ces analyses par anova (R² = 0.291).
Figure 66 : Influence de la pression de serrage et du TAF sur les délaminations, cas du Q. rosea
Sur cette figure on remarque que pour de faibles pressions (0.2 à 0.4 MPa), les meilleurs résultats de
délamination sont obtenus avec un temps d’assemblage fermé assez long (20 minutes) afin que la
colle puisse polymériser avant d’être pressée. D’ailleurs, on remarque que les joints de colle les plus
épais sont obtenus avec 20 minutes d’attente avant le serrage. Lorsque le niveau de la pression
augmente, les délaminations augmentent sensiblement, dues à un amincissement du joint de colle.
En revanche, il s’avère qu’avec l’application d’une forte pression, les meilleurs résultats de
80
100
120
140
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180
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0
10
20
30
40
50
60
0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1
Gra
mm
age
me
suré
(g/
m²)
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Pression réelle (MPa)
5 10 20
134
délamination sont obtenus avec un TAF court de 5 minutes. En évaluant les grammages par la
mesure du joint de colle, on remarque que même avec 20 minutes de temps d’attente avant le
serrage, celui-ci reste faible par rapport aux autres essences de bois. Cela indique que la porosité de
ce bois, combinée avec un fort pouvoir de conduction de ces vaisseaux, la plupart de la colle
appliquée dans les plans de collage est absorbée par le bois, affaiblissant sa résistance vis-à-vis de la
délamination.
Pour le P. venosa, l’analyse, présentée par la figure 67 montre que les meilleurs résultats sont
obtenus avec des pressions de serrage faible (de 0.2 à 0.4 MPa), et ce indépendamment du temps
d’assemblage observé.
Figure 67 : Influence de la pression de serrage et du TAF sur les délaminations, cas du P. venosa
Cette figure illustre en plus le fait que plus la pression est élevée, plus les délaminations sont
nombreuses et, pour un TAF court de 5 minutes, les grammages mesurés deviennent de plus en plus
faibles, car la résine n’a pas le temps de pénétrer dans les cavités de ce bois dense. Cependant on
remarque aussi que pour des TAF de 10 ou 20 minutes, les grammages ne sont pas affectés par
l’élévation de la pression de serrage, hormis entre 0.7 et 1 MPa où les grammages obtenus avec 10
minutes de TAF diminuent sensiblement. Cette tendance montre bien que plus la pression de
serrage est élevée, plus le temps d’assemblage fermé doit être rallongé afin que la résine ne soit pas
expulsée des plans de collage (R² = 0.304).
80
100
120
140
160
180
200
0
10
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0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1
Gra
mam
ge m
esu
ré (
g/m
²)
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Pression réelle (MPa)
5 10 20
135
Dans le cas du D. guianensis, la figure 68 présente les résultats de délamination en fonction du
temps d’assemblage fermé observé lors de l’encollage et du niveau de pression de serrage.
Figure 68 : Influence de la pression de serrage et du TAF sur les délaminations, cas du D. guianensis
Sur cette figure, on remarque que pour un temps d’assemblage court de 5 minutes, les résultats de
délaminations sont sensiblement les mêmes, indépendamment des niveaux de serrage appliqué lors
de la fabrication des échantillons, cependant plus la pression est élevée, plus le joint de colle devient
mince. Dans le cas d’un TAF de 10 minutes, malgré un épaississement du joint de colle avec
l’élévation de la pression, les délaminations, elles, deviennent de plus en plus importantes. Enfin,
dans le cas d’un temps d’assemblage plus long (20 minutes), le grammage mesuré dans les
échantillons reste sensiblement le même malgré une élévation de la pression de serrage. En
revanche, les délaminations observés sur les échantillons deviennent de plus en plus rares lorsque la
pression devient élevée. Ces résultats sont même concluants pour une pression équivalente ou
supérieure à 0.7 MPa. Pour cette essence guyanaise, la figure 69 illustre bien le fait qu’un temps
d’assemblage d’au moins 20 minutes doit être observé avant de presser les poutres, et que plus le
niveau de serrage est élevé, plus l’assemblage par collage devient résistant aux délaminations (R² =
0.250).
80
100
120
140
160
180
200
0
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0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1
Gra
mam
ge m
esu
ré (
g/m
²)
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Pression réelle (MPa)
5 10 20
136
La campagne de validation (cf. § 3.3.3) vient conforter ces observations pour le P. venosa et le D.
guianensis. En effet, ayant fixé le temps d’assemblage fermé à 40 minutes et la pression de serrage
à 1 MPa, les résultats de délamination observés sur le D. guianensis montrent bien que pour le
collage structural de cette essence de bois, la pression et le TAF doivent être suffisamment élevés
pour obtenir un assemblage résistant aux délamination. Dans le cas du P. venosa, malgré un temps
d’assemblage plus long afin de laisser polymériser la résine, la pression de serrage est trop élevée
afin d’obtenir des résultats de délamination homogènes et inférieurs à 10%. Dans le cas du Q.
rosea, malgré de bons résultats de délamination obtenus avec ces paramètres de collage, il apparaît
que l’appareillage des débits pour la constitution de la poutre est un facteur important pour
l’obtention d’un collage structural. La figure 69, présente les résultats de délamination obtenus lors
de la 4ème
campagne de collage et celle de validation en fonction des appareillages réalisés (NC =
Non Contraignant et C = Contraignant).
Figure 69 : Résultats de délamination en fonction des appareillages, cas du Q. rosea
Cette figure montre que les plans de collages réalisés sont moins sujet à délamination lorsque la
poutre est appareillée avec des débits homogènes (R² = 0.756). Cependant, compte tenu du fort
retrait tangentiel, les poutres lamellé-collé de Q. rosea, appareillées avec des dosses, engendrent de
fortes contraintes à l’interface de collage lors du test de délamination. Ainsi, pour le collage de cette
0
10
20
30
40
50
60
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Moyenne Borne inf. (95%) Borne sup. (95%) Moyenne totale
137
essence, il est conseillé de constituer les poutres avec des débits homogènes, et si possible avec le
moins de dosses possibles. Cependant, un autre alternative pour éviter de fortes contraintes à
l’interface de collage lors du test de délamination, une diminution de la section des lames peut être
envisagée, ou un rainurage préalable afin de diminuer ces contraintes dues aux retraits transverses
du bois.
De plus, un test statistique de Krustal-Wallis a été réalisé sur l’ensemble des données de
délamination exploitées à travers les deux campagnes d’essais présenté dans cette partie résultats
(cf. § 3.2. et § 3.3). Cette analyse statistique est un test non paramétrique, car les facteurs étudiés
sont interdépendants. De ce fait, le test est construit à partir des moyennes faites sur les résultats de
délamination, associés aux différentes valeurs des paramètres d’interprétation (température,
grammage mesuré, TAF), et non sur la moyenne des valeurs des paramètres en fonction des
résultats de délamination (loi de normalité). Par la suite, les relations entre les variables sont
analysées à l’aide de modèles additifs généralisés (GAM) qui permettent de prendre en compte les
interactions non linéaires entre les variables explicatives et les résultats de délamination.
L’illustration graphique des GAM est composée d’une ligne horizontale indiquant l’effet nul d’une
variable, Y, sur la délamination. La courbe, s(Y), représentée sur le graphique montre l’effet de Y
sur la variable à expliquer, ici la délamination. Cette courbe est encadrée par son intervalle de
confiance à 95 %, représenté en pointillés. Ainsi, l’interprétation graphique est simple. Si la courbe
s(Y) et son intervalle de confiance passent au-dessus de l’horizontale, la variable Y a un effet positif
sur la délamination (c’est-à-dire que les délaminations augmentent de manière significative). A
contrario, s’ils passent en dessous de l’effet nul, alors les délamination diminuent de manière
significative en fonction de la valeur de la variable Y.
Pour chaque essence, les influences du grammage mesuré (G), du TAF et de la température
ambiante d’encollage (T) sur les délaminations ont été analysées par ces outils statistiques.
La figure 70 présente les résultats des analyses menées sur les résultats de délamination obtenus
avec le Q. rosea.
138
Figure 70 : Analyses par GAM des résultats de délamination pour le Q. rosea
Cette figure illustre le fait que, pour cette essence de bois, l’effet du grammage sur les résultats de
délamination n’est pas du tout significatif. A contrario, l’effet du TAF, compris entre 5 et 20
minutes est en adéquation avec les observations relevées par la figure 66 (meilleurs résultats de
délamination obtenus avec un TAF de 20 minutes). Cependant, il apparaît que, pour un TAF long
(40 minutes), aucune influence ne peut en être déduite quant à l’amélioration des résultats de
délamination .Cependant, ayant testé peu d’échantillons pour cette essence avec ce TAF, cette
variabilité dans l’intervalle de confiance peut s’expliquer par l’influence des appareillages
contraignant pour cette essence. (cf. figures 49 et 69). Enfin, en évaluant l’influence de la
température ambiante de collage sur les délaminations, il apparait que celles-ci sont
significativement diminuées lorsque l’encollage se déroule à une température supérieure à 32°C.
Pour cette essence de bois de densité assez forte (0.7) et caractérisée par une forte porosité et une
forte conductivité hydraulique par ses vaisseaux (cf. § 3.5.1), il est préconisé d’avoir un grammage
suffisamment élevé et un temps d’assemblage d’au moins 20 minutes afin que la majeure partie de
la résine ne soit absorbée par les cavités cellulaires. Pour ce faire, il est possible de réaliser
l’encollage sous des températures élevées (> 32 °C) afin que l’adhésif polymérise suffisamment
avant de pénétrer en profondeur dans le bois. Enfin, avec des retraits transversaux élevés, il est
conseillé d’homogénéiser les débits lors de l’appareillage des lames et, si possible, qu’il soit le
moins contraignant (homogène en quartiers), afin que les contraintes engendrés par le test de
délamination soient minimisées.
139
La figure 71 présente les résultats des analyses menées sur les résultats de délamination obtenus
avec le P. venosa.
Figure 71 : Analyses par GAM des résultats de délamination pour le P. venosa
Pour le P. venosa, les analyses par GAM montrent que le TAF n’a pas d’influence significative sur
les résultats de délamination. En revanche, le grammage agit de façon significative sur la résistance
des joints de colle aux délaminations. En effet, cette analyse permet d’apprécier le fait que pour une
quantité de colle présente dans le plan de collage supérieure à 140 g/m², le risque de délamination
est significativement diminué. Par ailleurs, on remarque que l’élévation de la température influence
significativement la résistance aux délaminations à partir de 32°C. Ainsi, lors d’un encollage réalisé
à une température supérieure, les délaminations s’en voient diminuées.
Ainsi, du fait de sa forte densité et de sa faible conductivité hydraulique (cf. § 3.5.1), une quantité
de colle suffisante doit être déposée sur les lamelles de bois avant d’être serrées sous une pression
moyenne (identifiée à 0.4 MPa mais non testée en validation). De plus, en fonction de la
température ambiante d’encollage, un TAF adéquat doit être observé pour éviter toute expulsion de
l’adhésif hors de plans de collage.
140
La figure 72 présente les résultats des analyses menées sur les résultats de délamination obtenus
avec le D. guianensis.
Figure 72 : Analyses par GAM des résultats de délamination pour le D. guianensis
Cette figure met en évidence le fait que, pour le D. guianensis, l’influence du TAF sur les
délaminations est significative. Il apparaît qu’un TAF de 40 minutes est préférable pour l’encollage
de cette essence afin que le joint de colle soit suffisamment résistant aux délaminations. En
observant l’influence du grammage mesuré, on peut identifier une valeur seuil (170 g/m²) pour
laquelle les délaminations diminuent de façon significative. Enfin, on remarque que pour une
température ambiante d’encollage supérieur à 32 °C, les délaminations sont accentuées, cependant,
si la température continue d’augmenter, la résistance du joint de colle augmente significativement
face aux variations d’humidité.
L’étude du collage sur le D. guianensis a montré que cette essence présente les meilleures aptitudes
à la validation d’un collage structural, bonne affinité chimique avec la résine, et bonne conductivité
hydraulique par ses vaisseaux (cf. § 3.5.2). Ainsi, il apparait qu’un encollage simple face suffisant
(170 g/m²) en climat tropical (T > 32 °C), accompagné d’un TAF de 40 minutes et que les lames
soient serrées à 1 MPa, présente de bonnes conditions pour l’obtention d’un assemblage par
lamellation résistant aux délaminations.
141
Enfin, la figure 73 récapitule les paramètres physiques des trois essences guyanaises ainsi que les
paramètres étudiés à travers cette étude et les conditions de collage testés lors de la campagne de
validation. Sur cette figure, les pointillés représentent les paramètres de collage qu’il serait
souhaitable d’étudier pour l’obtention d’un collage structural par lamellation.
Figure 73: Récapitulatif des paramètres des essences étudiés ainsi que des conditions de collage retenues par la
campagne de validation
Densité
0.2 0.4 0.6 0.8 1
Grammage (g/m²)
200 300 400 600 500
TAF (min)
20 30 40 50 60
Pression (MPa)
0.4 0.6 0.8 1 1.2
Mouillabilité, ɵ (°)
20 30 40 60 50
Porosité (µm/mm²)
500 1000 1500 2500 2000
Ik (mm-²)
0.0001 0.0005 0.001 0.01 0.005
RB (%)
9 11 13 15 17
Q. rosea
Q. rosea à tester
P. venosa
P. venosa à tester
D. guianensis
142
CHAPITRE 4: Etude économique
Cette étude menée sur la faisabilité de lamellé-collé endémique en Guyane française a pour but la
valorisation du bois guyanais dans la construction par l’implantation locale d’une chaine de
production en bois lamellé collé. Il s’avère que la faisabilité du projet dépend à la fois des
conditions mécaniques mais aussi économiques. En effet, si cette étude, sur le plan mécanique,
s’avère plutôt favorable à la réalisation de lamellé-collé en Guyane, l’aspect économique est très
important et peut même être le plus déterminant quant à la finalisation du projet.
En effet, l’étude économique du projet permet la prise de décision par l’industriel quant à
l’investissement nécessaire pour la production de lamellé-collé en Guyane française. Ainsi, une
étude sur les coûts de production de 1m³ de lamellé-collé fini a été réalisée. De plus, les coûts de
production pour la fabrication en France hexagonale d’1 m³ de lamellé-collé en bois guyanais sont
donnés à titre comparatif. Cette comparaison a été réalisée avec une production en France
hexagonale et non dans les pays voisins (Brésil, Surinam) car des lignes de production y sont déjà
présentes et le but de ce projet est de valoriser le bois guyanais.
Enfin, cette partie économique s’est concentrée sur une production de lamellé-collé en D.
guianensis car cette espèce présente les meilleurs résultats pour la validation d’un collage structural.
4.1 Hypothèses de calcul
Afin de mener à bien cette étude, des hypothèses ont dû être avancées pour déterminer les coûts de
production en fonction des sites de fabrication.
Dans le cas de la fabrication en Guyane, l’approvisionnement du bois se fera par la Scierie du
Larivot.
De plus, du fait que la fabrication se fait en climat équatorial, l’étape d’encollage est plus
contraignante de par la forte hygrométrie de l’air et des températures constamment élevées. Dans
ces conditions, la fabrication doit se faire avec une résine du type Résorcinol- Phénol-Formaldéhyde
approvisionnée par transport maritime depuis l’Europe. Compte tenu des tests réalisés, le mélange
collant est fixé à 100 :20 pour une application à hauteur de 450g/m².
143
Enfin, concernant les investissements nécessaires à l’implantation d’une ligne de production en
Guyane Française, ceux-ci sont considérés comme subventionnés à hauteur de 60%. La période
d’amortissement de ces dépenses est prévue sur 7 ans pour l’achat des équipements et sur 20 ans
pour les dépenses foncières.
Pour la fabrication de lamellé-collé en France hexagonale, l’approvisionnement en bois exotique se
fera par un conteneur de 20’ flat dont la contenance est de 22m³ de bois brut. On raisonnera donc
pour cette étude à partir de 22m³ de bois brut, séché à la Scierie de Cacao (scierie capable
d’approvisionner des volumes supérieurs à 50m³/mois). De plus, le coût de fret pour cet
approvisionnement est subventionné par du FEDER à hauteur de 50%.
En climat tempéré, l’utilisation de Mélamine-Urée-Formol est retenue pour l’analyse de ces coûts
de fabrication, avec un mélange collant de 100 :15 à hauteur de 450g/m².
4.2 Méthode de calcul
Afin d’évaluer le coût de production d’1m³ de lamellé-collé fini en D. guianensis, le raisonnement
de cette étude s’est basé sur la constitution d’une poutre standard de 15 m de long avec une largeur
fixée à 120 mm. Pour ce faire, cette poutre est fabriquée par des lames de 28 mm d’épaisseur (cf. §
4.3.2), réalisées grâce à l’aboutage de lamelles dont la longueur unitaire a été fixée à 5.4m. En effet,
pour la comparaison, cette longueur correspond à celle des paquets de bois facilement
transportables par conteneur une fois le bois transformé.
D’ailleurs, du fait que le bois nécessite des transformations pour arriver à ces dimensions finales,
des surcotes doivent être prises lors de la commande de cette matière première (5 mm en épaisseur
et largeur et 40 cm en longueur, comprenant la purge des défauts pour l’aboutage). Ces surcotes
n’apparaissent pas dans le calcul des quantités unitaires mais elles ont été répercutées sur le prix
unitaire du matériau.
L’équation 23 donne le nombre nécessaire et suffisant des lames de 28 mm d’épaisseur devant être
assemblées par collage pour la constitution d’une poutre de lamellé-collé d’1m³, dont la longueur et
la largeur sont fixées.
144
(23)
Ainsi, 19 plans de collage de 15 × 0.122 m² doivent être réalisés pour constituer cette poutre
standard. En effet, une fois collée, cette poutre subira un dernier rabotage pour éliminer les coulures
de colle, d’où la nécessité d’une petite surcote en largeur des lames à encoller (122 mm au lieu de
120). L’étape d’encollage est fixée à 450 g/m² de mélange collant composé de 100 parts de résine
pour 20 parts de durcisseur. Ainsi en décomposant le grammage fixé en fonction de la composition
du mélange collant, les équations 24 et 25 donnent les grammages respectifs du durcisseur et de la
résine à appliquer sur les plans de collage.
(24)
(25)
4.3 Résultats de l’étude économique
4.3.1 Calcul des quantités unitaires
Basé sur le raisonnement présenté dans le paragraphe ci-dessus, le tableau 24 regroupe le calcul des
quantités unitaires pour la fabrication d’1m³ de lamellé-collé fini en Guyane Française. Afin que
cette étude soit complète les coûts de transport de la colle jusqu’en Guyane ainsi que les coûts de
production nécessaire pour la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé ont été introduit dans le tableau
24.
Dans le cas d’un transport de produit dangereux comme les adhésifs, les prix sont fixés en fonction
du poids à transporter. Ici le coût du transport est évalué à 11 €/kg.
Enfin, le coût de production nécessaire à la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé regroupe tous les
coûts directs liés à la transformation des matières premières en un produit fini (main d’œuvre,
électricité, fuel…).
145
Tableau 24: Récapitulatif du calcul des quantités unitaires pour la fabrication d’1m³ de lamellé-collé
Intitulé L
(m) la
(m) e
(m) S
(m²) G
(kg/m²) Qté
PU (€)
Total (€/m³)
Bois 15 0.12 0.028 - - 20 988 988
Colle Durcisseur 15 0.122 - 1.83 0.075 19 3 7
Résine 15 0.122 - 1.83 0.375 19 7 95
Transport - - - - - 16 11 166
Coût de production
MO nq - - - - - 5 15 73 MO q - - - - - 2 19 38 Elec - - - - - 1 6 6 Emb - - - - - 1 9 9
Coût total de la production d’1m³ de lamellé-collé standard en D. guianensis en Guyane 1382
Avec :
MO nq : est la main d’œuvre non qualifiée nécessaire à la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé
MO q : est la main d’œuvre qualifiée nécessaire à la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé
Elec : est la consommation électrique nécessaire à la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé
Emb : est le coût de l’emballage nécessaire à la commercialisation d’1m³ de lamellé-collé
L : est la longueur unitaire du produit à manufacturer
la : est la largeur unitaire du produit à manufacturer
e : est l’épaisseur unitaire du produit à manufacturer
S est la surface unitaire du produit à manufacturer
G est le grammage unitaire à appliquer pour l’encollage
Qté : est la quantité du produit nécessaire à la fabrication d’1m³ de lamellé-collé et
PU : est le prix unitaire du produit
D’après le tableau 24, le coût total pour la production d’1 m³ de lamellé-collé de D. guianensis en
Guyane Française s’élève à 1382€/m³. Cependant, des coûts indirects viennent se rajouter. En effet,
afin de manufacturer ce produit, il est nécessaire d’intégrer au coût de production une part du
capital devant être investi pour implanter la ligne de production (achat des équipements, du terrain,
des bâtiments…). Ainsi, et selon de la durée d’amortissement en fonction du type d’investissement
(cf. § 4.1), un coût supplémentaire de 116 €/m³ doit être pris en compte pour l’étude économique
des dépenses totales déboursées pour la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé en Guyane Française.
De ce fait, on peut évaluer le coût de production total à 1498€/m³ de D. guianensis transformé en
lamellé-collé.
146
En rajoutant le coût des investissements, la figure 74 illustre la part (en %) de chaque type de
dépense sur le coût de production total déboursé pour la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé en D.
guianensis en Guyane Française.
Figure 74: Pourcentage que représente chaque poste de dépense pour la production d’1m³ de lamellé-collé en
Guyane
Etayé par la figure 74, on remarque que le coût du bois représente la dépense prépondérante pour la
fabrication de lamellé-collé. Ainsi, et dans le but de diminuer cette dépense, il est intéressant
d’essayer d’optimiser cette matière première afin que les coûts en soient amoindris. Pour cela, une
étude économique sur l’épaisseur des planches a été conduite et décrite dans le paragraphe suivant.
4.3.2 Influence de l’épaisseur des planches
sur les quantités unitaires
L’influence de l’épaisseur des planches sur le coût des matières premières (coût du bois plus le coût
de la colle et de son transport) est présentée par la figure 76. En effet, les coûts de production et les
couts d’investissement sont invariables à la production pour 1m³ et ne dépendent pas des matières
premières. En suivant la méthodologie décrite au § 4.2, les coûts des matières premières en fonction
des différentes épaisseurs testés en délamination sur le D. guianensis (cf. § 3.5.2), ont été calculé. A
titre d’indication, les résultats de délamination sont eux aussi représentés sur la figure 75.
66% 7%
11%
8%
8%
Bois
Colle
Transport
Coût de production
Investissements
147
Cette figure illustre bien que, plus les lames ont une faible épaisseur et plus les coûts de matières
premières augmente. A contrario, les résultats de délamination, eux, sont meilleurs avec des lames
de faibles sections. En observant la figure 75, il apparaît souhaitable que, pour obtenir un produit
structural collé suffisamment résistant (taux de délamination inférieur à 10%) et un coût de
production optimisé, la fabrication du lamellé-collé en D. guianensis, doit être réalisée avec des
épaisseurs de lames de 28 mm, soit 33 mm brutes.
Figure 75: Influence de l’épaisseur des lamelles sur le coût des matières premières et sur les résultats de
délamination
Afin d’expliquer les différences observés sur la figure 75 des coûts de matières premières, ceux-ci
sont décomposés en fonction des épaisseurs sur la figure 76.
1582
1370 1256
1189
3
5 6
13
0
2
4
6
8
10
12
14
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
16 22 28 34
Dé
lam
inat
ion
(%
)
Co
ût
de
s m
atiè
res
pre
miè
re (
€/m
³)
Epaisseur des lames (mm)
Coût mp Délamination
148
Figure 76: Décomposition des coûts de matières premières en fonction des épaisseurs des lames
Ainsi, les différences de coûts observés sur la figure 75 sont principalement dues aux dépenses
concernant le transport de la colle jusqu’en Guyane. Celles-ci sont invariablement engendrées par
l’ajout de colle nécessaire à la fabrication de la même poutre standard de lamellé-collé. En effet,
plus la section des lames est petite, plus il y a de plans de collage à réaliser.
En ce qui concerne la différence des coûts liés au bois, ils sont directement produits par les
pourcentages de perte matière durant la transformation de ce matériau. En effet, lors de la
transformation du bois brut pour arriver aux dimensions du produit fini, des surcotes sont
nécessaires (rabotage en épaisseur et en largeur, purge des défauts à l’aboutage…). Le tableau 25
présente ces pourcentages de perte de matière pour passer des dimensions brutes aux dimensions
finies, impactant les coûts d’achat du bois.
Tableau 25: Pourcentages de perte matière lors de la transformation en fonction des épaisseurs des lamelles
Dimensions brutes des lames (mm³)
Dimensions finies des lames (mm³)
perte matière bois à la transformation (%)
21×125×5800 16×120×5400 32
27×125×5800 22×120×5400 27
33×125×5800 28×120×5400 24
39×125×5800 34×120×5400 22
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
16 22 28 34
Co
ût
un
itai
re (
€/m
³)
Epaisseur des lames (mm)
Transport
Colle
Bois
149
A travers cette analyse on remarque qu’en jouant sur les épaisseurs des lames de bois afin de
diminuer les coûts de production, c’est finalement les coûts d’approvisionnement en adhésif qui en
sont les plus impactés. De ce fait, il est clair que pour réduire les coûts déboursés pour l’achat des
matières premières, l’épaisseur des lames doit être augmentée. Malheureusement, passé un certain
seuil, les risques de délamination sont trop importants pour pouvoir valider le collage structural en
lamellation de ce nouveau produit. Ainsi, il est préconisé de fabriquer le lamellé-collé en D.
guianensis avec des lames de 28 mm d’épaisseur.
4.3.3 Etude comparative Guyane / France
hexagonale
En reprenant le raisonnement décrit par le § 4.2, le tableau 26 regroupe les coûts unitaires
nécessaires à la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé de D. guianensis en France hexagonale. Les
dimensions du produit standard restent inchangées, seuls les coûts liés à approvisionnement en
matières premières évoluent. Dans le cas de la colle, les grammages unitaires en fonction de la
résine et du durcisseur sont définis en fonction du type de colle utilisée, décrits dans les hypothèses
au § 4.1.
Concernant le transport, cette dépense concerne cette fois-ci l’approvisionnement en bois depuis la
Guyane jusqu’à la ligne de production. Evalué au m³ de produit fini, il revient à 219 €/m³
(subventions au fret incluses).
Tableau 26: Récapitulatif du calcul des quantités unitaires pour la fabrication d’1m³ de lamellé-collé
Intitulé L
(m) la
(m) e
(m) S
(m²) G
(kg/m²) Qté
PU (€)
Total (€/m³)
Bois 15 0.12 0.028 - - 20 1084 1084
Colle Durcisseur 15 0.122 - 1.83 0.060 19 4 9
Résine 15 0.122 - 1.83 0.390 19 4 49
Transport - - - - - 1 219 219
Coût de production
MO nq - - - - - 5 15 73 MO q - - - - - 2 19 38 Elec - - - - - 1 6 6 Emb - - - - - 1 9 9
Coût total de la production d’1m³ de lamellé-collé standard en D. guianensis en France hexagonale 1487
150
La particularité de fabriquer du lamellé-collé de D. guianensis en France hexagonale est qu’aucun
coût indirect n’est intégré aux coûts totaux déboursés. En effet, la ligne de production étant déjà
existante, aucun investissement, identifié au paragraphe 4.3.1, n’est nécessaire. Ainsi, la figure 77
présente la part (en %) des différents types de dépenses identifiées pour la fabrication en France
hexagonale d’1 m³ de lamellé-collé en D. guianensis.
Figure 77: Pourcentage que représente chaque poste de dépense pour la production d’1m³ de lamellé-collé en
France hexagonale
On observe sur la figure 77 que la part du bois dans le coût de production est encore plus importante
que celle observée pour une fabrication en Guyane (figure 74). De plus, on remarque que le
changement de colle a une influence non négligeable sur le coût de production (4% pour la MUF au
lieu de 7% pour la RPF). Cependant, cette économie sur cette dépense est compensée par
l’augmentation du coût du transport.
Les coûts totaux déboursés, présentés au § 4.3.1, nécessaires à la réalisation d’1 m³ de lamellé-collé
en Guyane Française, ont été comparés avec ceux présentés par le tableau 26. Ainsi, la figure 78
récapitule les coûts totaux déboursés en fonction des types de dépenses pour une production en
Guyane Française (avec et sans l’intégration des coûts indirects) et une production en France
hexagonale.
73%
4%
15%
8%
Bois
Colle
Transport
Coût de production
151
Figure 78: Comparaison des coûts totaux déboursés pour la fabrication d’1m³ de lamellé-collé produit en
Guyane ou en France hexagonale
Ainsi, on remarque sur la figure 78 que les coûts de production en Guyane sont légèrement
inférieurs à ceux identifiés pour une production en France hexagonale. Cependant, et en intégrant
les dépenses liés aux investissements pour l’implantation d’une ligne de production en Guyane, les
coûts totaux déboursés pour la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé deviennent équivalent à ceux
répertoriés pour une production sur une ligne en France hexagonale.
4.4 Récapitulatif En guise de récapitulatif de cette étude économique, le tableau 27 regroupe les coûts déboursés en
fonction de chaque poste identifié pour la production d’1 m³ de lamellé-collé fini en D. guianensis.
Par ailleurs, ce tableau regroupe les études sur les deux sites de production analysés, celui en
Guyane et celui en France hexagonale.
Tableau 27: Récapitulatif des coûts totaux déboursés pour la fabrication d’1 m³ de lamellé-collé en D. guianensis
Coût bois (€/m³ fini)
Coût colle (€/m³ fini)
Coût transport (€/m³ fini)
Coût Production (€/m³ fini)
Coût Investissement
(€/m³ fini)
Total (€/m³ fini)
Fabrication en Guyane 988 102 166 126 116 1498
Fabrication en France hexagonale 1084 58 219 126 0 1486
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Guyane Guyane(avec invest)
France
Co
ût
tota
l dé
bo
urs
é (
€/m
³)
Investissements
Production
Transport
Colle
Bois
152
Les résultats illustrés par le tableau 27 montrent que le coût de revient pour produire 1m³ de
lamellé-collé en D. guianensis, est quasi identique en Guyane Française ou en France hexagonale
lorsque les coûts d’investissements sont intégrés au prix de revient.
4.5 Conclusion de l’étude économique
Du fait de son prix élevé, un tel produit lamellé-collé ne pourra être réalisé en masse et en aucun cas
concurrencer le lamellé-collé en résineux (environ 1000€/m³ arrivé en Guyane). Ainsi son
positionnement sera essentiellement sur des marchés « de luxe » ou de niche. Cependant,
l’utilisation de lamellé-collé résineux tempérés, traités aux sels métalliques (Pin) ou non
imprégnables (Douglas, Mélèze), en Guyane n’est pas souhaitable. En effet, un bois non
imprégnable ne peut recevoir un traitement chimique nécessaire à recouvrir une classe d’emploi
plus sévère que celle atteinte par sa durabilité naturelle (Classe d’Emploi 2 en Guyane pour le
Douglas ou le Mélèze car sensible aux attaques des termites), et, d’un point de vue écologique,
l’utilisation d’un bois traité avec des métaux lourds n’est pas recommandée. De plus, du fait de ses
performances mécaniques estimées, et de sa durabilité naturelle élevée (notamment aux termites et
aux tarets), du bois lamellé-collé de D. guianensis devrait remplacer l’utilisation du lamellé-collé
résineux en Guyane et éviter ces importations. Il pourrait répondre à un besoin où les sections
réduites sont requises par les constructeurs, ou pour des utilisations en poteaux.
Cependant, dans le cas d’une fabrication en Guyane Française, il existe un vrai risque
d’investissement quant à la rentabilité de la ligne de production. En effet, du fait de la faible
demande sur le marché local (200 m³/an) et de la production minimale pour la rentabilité d’une telle
ligne de production (2000m³/an), 90% de la production totale doit être écoulée à l’export. Pour ce
faire, et afin d’identifier les risques, une étude de marché sur la région du CARICOM est en cours
afin d’identifier les marchés potentiels pour ce produit innovant mais couteux.
153
CONCLUSION GENERALE
Cette étude a été menée dans le but d’identifier les paramètres industriels nécessaires à la création
d’un produit lamellé-collé, dans un climat néotropical difficile, tout en valorisant la ressource
forestière guyanaise.
Basée sur une recherche bibliographique et en respectant des critères industriels, trois essences de
bois endémiques, le Gonfolo (Q. rosea), l’Amarante (P. venosa) et l’Angélique (D. guianensis), ont
été sélectionnées pour cette étude. Deux types d’adhésifs du marché (Mélamine Urée Formol et
Phénol Résorcinol Formol) ont été choisis mais, du fait de la technicité de la MUF, cette colle fut
très vite écartée car trop contraignante pour une utilisation industrielle en climat néotropical (très
grande sensibilité aux températures ambiantes). Pour la réalisation des collages, ceux-ci ont été
réalisés en fonction de trois paramètres : le grammage, le temps d’assemblage fermé ainsi que la
pression de serrage. Enfin, la validation des assemblages obtenus par lamellation et par aboutage
respecte les normes européennes en vigueur.
Les résultats de délamination présentés dans cette thèse ont servi à évaluer la résistance du joint de
colle aux variations hygrométriques sévères. Ils ont permis de souligner la complexité de l’étape de
collage, du fait de l’interdépendance des paramètres de fabrication (grammage, Temps
d’Assemblage Fermé et Pression) et de la sensibilité de l’adhésif au climat. En effet, la réalisation
du collage par lamellation est art du compromis où faire varier un paramètre nécessite le
réajustement d’un ou des deux autres (élever la pression par exemple nécessite de diminuer le
grammage). En plus de cela, il s’avère que lors d’un encollage avec des températures élevées
(>30°C) la vitesse de polymérisation de la colle augmente pouvant entraîner un réajustement du
TAF (plus court) ou de plus fortes délaminations. Ces résultats ont également permis de souligner
l’importance du rabotage devant être réalisé juste avant l’encollage afin que les surfaces de bois
soient aptes à créer des affinités chimiques et physiques avec la résine. De plus, il apparaît que les
joints de colle, réalisés en encollage double face, ont une meilleure résistance à la délamination
qu’avec un encollage en simple face. Par ailleurs, ce test, a illustré l’effet de l’épaisseur nominale
des lamelles sur les délamination pour le P. venosa et le D. guianensis. Ainsi, les joints de colle
obtenus sur des lamelles de faible section sont plus résistants aux variations cycliques d’humidité.
154
Afin d’analyser ces résultats de délamination, une étude bibliographique sur les caractéristiques
intrinsèques des bois a été conduite. Il s’avère que les fortes rétractibilités, ainsi qu’un appareillage
contraignant, sont sources supplémentaires de délamination due aux contraintes élevées engendrées
par ce type de test. Ce paramètre explique l’influence de l’épaisseur des lamelles relevée plus haut.
De plus, en se basant sur la théorie de l’adhésion, la porosité, la conduction des vaisseaux et la
mouillabilité des bois ont permis de caractériser l’aptitude de ces essences à l’obtention d’un
collage structural. En effet, en raison de l’utilisation de bois denses (densité > 0.7), considérés
comme des supports non absorbants, le processus de prise de l’adhésif (polymérisation) sur ce type
de support peut être contrarié. Lors de la polycondensation de la résine, l’eau libérée par cette
réaction chimique a tendance à rester dans le plan de collage si ce substrat n’est pas absorbant. Il en
résulte que l’adhésion de la résine sur le bois est amoindri (certaines liaisons chimiques et
physiques ne sont pas établies, la résine ne pénètre pas partout dans le bois) conduisant à une plus
faible résistance du joint de colle en délamination. Cela est aussi une raison de l’expulsion de la
colle lors de l’application d’une forte pression pendant le serrage. Ainsi, en combinant ces analyses,
il s’avère que le D. guianensis présente les meilleures aptitudes à l’obtention d’un collage structural
par lamellation : bonne conductivité hydraulique par ses vaisseaux et bonne mouillabilité. Les deux
autres espèces ligneuses, de mouillabilité moyenne, présentent plus de difficultés pour le collage. Le
Q. rosea présente une forte capacité de conduction par ses vaisseaux et, lors de l’application de la
pression, absorbe trop de résine engendrant des joints minces non résistants à la délamination. A
contrario, le P. venosa, malgré sa porosité quasi identique à celle du Q. rosea, présente une faible
conduction par ses vaisseaux et entraîne une expulsion de l’adhésif lors du serrage créant ainsi le
même type de joints que le Q. rosea.
En analysant de façon mécanique (test de cisaillement dans le joint d’assemblage) les conditions de
collage préalablement testées en vieillissement artificiel, il s’avère qu’en général le joint, ayant
résisté à la délamination, passe avec succès le test de cisaillement. Seul le cas du P. venosa illustre
quelques difficultés à recouvrir la résistance intrinsèque du bois massif. Cependant, 86% des
échantillons testés présentaient une contrainte à la rupture et une adhérence suffisamment élevées
pour un emploi en lamellé-collé structural. Ceci permet d’apprécier le fait que le test de
délamination est le plus sélectif quant à la validation d’un nouveau procédé de collage.
155
Une campagne de validation pour des conditions de collage déterminées, a permis d’illustrer la
capacité du D. guianensis à alimenter la fabrication en climat néo-tropical d’un produit lamellé-
collé. Les assemblages, réalisés par un encollage simple face, ont montré des résultats concluants
(délamination de 4.2 ±3.5 % et contrainte de rupture en cisaillement fv de 13.5 ± 2MPa avec 90 ±
5% d’adhérence). Pour le moment, les deux autres essences de bois nécessitent des tests
supplémentaires car la validation de leur collage structural n’est pas encore concluante,
principalement à cause d’un trop gros risque de délamination. Du fait de sa forte densité, d’une
mouillabilité imparfaite et de sa faible capacité à absorber la résine, le P. venosa doit être collé avec
une plus faible pression que celle utilisée pour les autres essences (1 MPa) afin d’éviter que
l’adhésif soit expulsé du plan de collage. Afin d’éviter l’obtention de joints maigres, le Q. rosea
doit, lui, être encollé avec un grammage plus élevé (> 450g/m²) et, en fonction de la température,
avec un temps d’assemblage fermé plus court. En effet, sa porosité et sa forte capacité d’absorption
entraînent une pénétration trop forte de la résine. En plus de cela, son affinité hygroscopique et ses
rétractibilités élevées ne sont pas bénéfiques à l’obtention de résultats concluants en délamination.
Cependant des solutions alternatives seraient, soit d’appareiller les lames de façon non
contraignante, soit de diminuer les sections des lamelles à encoller, soit d’effectuer un rainurage
préalable afin de diminuer les contraintes dans le plan de collage, dues aux retraits/gonflement du
bois, lors d’un test en délamination.
Malgré l’obtention de quelques résultats sur la caractérisation mécanique de l’aboutage, les moyens
mis à disposition en Guyane et la difficulté de ces bois à subir un tel usinage ne permettent pas de
conclusions tranchées sur ce test. Malheureusement, avant toute commercialisation de lamellé-collé,
la caractérisation mécanique de ce point faible inhérent au produit et celle de prototype en
dimension d’emploi est une étape indispensable pour son accréditation. Il est donc important
d’effectuer une campagne de test sur le profilage à utiliser (géométrie des entures) et sur la pression
à appliquer en fonction des essences pour la réalisation d’un aboutage correct. Une dernière
campagne sur la caractérisation mécanique du produit en dimension d’emploi devra permettre
l’établissement d’une classe de résistance de ce produit et, par la suite, en fonction du classement
CE des bois massif, obtenir une accréditation à la commercialisation de lamellé-collé guyanais.
156
Enfin, d’un point de vue économique, le lourd investissement combiné avec l’étroitesse du marché
local sont des freins pour l’implantation d’une ligne de production en Guyane Française. En effet,
avec des coûts de production quasi identique à ceux d’une production en métropole, le fait de devoir
écouler 90% de la production finale est un pari risqué pour les industriels désireux d’investir dans
un tel projet. Mais le développement d’une stratégie commerciale intense sur les pays du
CARICOM pourrait permettre un écoulement suffisant de ce produit à forte valeur ajoutée pour
développer la filière bois guyanaise. Enfin, l’utilisation de bois peu, voir non, utilisé à l’heure
actuelle permettrait non seulement de valoriser la ressource forestière locale, mais aussi de diminuer
la pression sur les essences les plus exploitées ainsi que d’abaisser les prix de matière première de
ce produit. En effet, 60% du coût de production de lamellé-collé provient du prix du bois lui-même.
Ainsi en utilisant une essence moins chère, car peu demandée, les prix de vente pourraient être plus
attractifs pour les futurs consommateurs. Cependant, une nouvelle étude de la sorte devrait être
conduite en se focalisant sur des essences où la tension commerciale est moins forte.
157
BIBLIOGRAPHIE
1. FAO, Situation des Forêts du Monde 2009, in Situation des Forêts du Monde, FAO, Editor. 2009, Food and Agricultural Organisation: Rome. p. 152.
2. Sales, C., Innovation technologique et valorisation des sous-produits des filières bois. Bois et Forêts des Tropiques, 2003. 277(3): p. 35-43.
3. Guitet, S., et al., Les satellites au service du forestier guyanais pour améliorer l'organisation et le contrôle de l'exploitation forestière. 2007, ONF, CIRAD.
4. ONF, Mieux valoriser la ressource en bois et réduire les impacts sur l'environnement: deux objectifs convergents pour une exploitation forestière durable en Guyane française. 2005, ONF.
5. Bonjour, I., La filière forêt & bois en Guyane: Guyane Export. 2009, CCIG: Cayenne. 6. Detienne, P., D. Fouquet, and B. Parant, Les bois guyanais. Propriétés et utilisations. Bois et Forêts
des Tropiques, 1989. 219: p. 125-143. 7. Sales, C., Les bois tropicaux face à un double défi: développement économique et gestion durable
des ecosystèmes forestiers. Bois et Forêts des Tropiques, 2005. 284: p. 3-4. 8. Keller, R., La Constitution du Bois, in Le Bois Matériau d'ngénierie, ARBOLOR, Editor. 1994: Nancy. p.
13-51. 9. Côté, W.A., The Structure of Wood and the Wood Cell Wall, in Principles of Wood Science and
Technology, Springer-Verlag, Editor. 1984: Berlin. p. 52. 10. WH:WEM, Wood Hanbook: Wood as an Engineering Material. Agriculture Handbook, ed. F.P.
Laboratory. 1987, Washington DC. 5. 11. Amusant, N., et al., Decay resistance in Dicorynia guianensis Amsh.: analysis of inter-tree and intra-
tree variability and relations with wood colour. Annals of forest science, 2004. 61(4): p. 373-380. 12. Wong, A.H.H., et al. Natural Durability of Tropical Species with Emphasis on Malaysian Hardwoods -
Variations and Prospects. in International Research Group on Wood Protection. 2005. Bangalore, India.
13. Navi, P. and F. Heger, Comportement thermo-hydromécanique du bois ed. P.p.e.u. romandes. 2005, Lausanne. 298.
14. Skaar, C., Wood-Water Relations. Springer Series in Wood Science, ed. T.E. Timell. 1988, Syracuse, New-York. 274.
15. Kollmann, F.F.P., Physics of Wood, in Principles of Wood Science and Technology, Springer-Verlag, Editor. 1984: Berlin. p. 160-285.
16. WH:WEM, Wood Hanbook: Wood as an Engineering Material. Agriculture Handbook, ed. F.P. Laboratory. 1987, Washington DC. 18.
17. WH:WEM, Wood Hanbook: Wood as an Engineering Material. Agriculture Handbook, ed. F.P. Laboratory. 1987, Washington DC. 28.
18. Hoffmeyer, P. Moisture Content -Strength Relationship for Spruce Lumber Subjected to Bending, Compression and Tension along the Grain. in IUFRO Timber Engineering Conference. 1978. Vancouver B.C., Canada.
19. Guitard, D., Comportement Mécanique du Bois, in Le Bois Matériau d'Ingénierie, ARBOLOR, Editor. 1994: Nancy. p. 91-122.
20. Kollmann, F.F.P., Mechanics and Rheology of Wood, in Principles of Wood Science and Technology, Springer-Verlag, Editor. 1984: Berlin. p. 292-414.
21. Petersson, H., et al., in International Conference on Wood-Water Relations, P.H. (ed), Editor. 1997, Tekst og Tryk: Denmark. p. 173-195.
158
22. Loubinoux, B. and G. Kilbertus, La préservation du bois techniques et produits de préservation, in Le Bois Matériau d'Ingénierie, ARBOLOR, Editor. 1994: Nancy. p. 365-376.
23. Côté, W.A., Biological Deterioration of Wood, in Principles of Wood Science and Technology, Springer-Verlag, Editor. 1984: Berlin. p. 97-133.
24. Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois - Définition des classes d'emploi - Partie 2 : application au bois massif, in NF EN 335-2. 2007.
25. Nunes, L.M.R. and P.P.D. Souza, Durabilité - Traitements de préservation. Action du programme européen Comett, ed. STEP/EUROFORTECH. 1995: S.T.E.P. 1: A15. 5.
26. Avale, M., Propriétés mécaniques du bois et des matériaux dérivés, in Pense Précis Bois, H. Vial, Editor. 1984. p. 27-43.
27. Fridley, K.J., R.C. Tang, and L.A. Soltis, Moisture effects on load-duration behaviour of lumber. Part 1: Effect of constant relative humidity. Wood and Fiber Science, 1991. 23(1): p. 114-127.
28. Tang, R.C., The effect of shear and poisson's ratio in the static bending of wood beams. Wood Science and Technology, 1972. 6(4): p. 302-313.
29. Siimes, F.E., Mitteilungen über die Untersuchung über die Festigkeitseigenschaften der finnischen Schnittwaren. Silvae Orbis, 1944. 15: p. 60.
30. Côté, W.A., Defects and Abnormalities of Wood, in Principles of Wood Science and Technology, Springer-Verlag, Editor. 1984: Berlin. p. 79-95.
31. WH:WEM, Wood Hanbook: Wood as an Engineering Material. Agriculture Handbook, ed. F.P. Laboratory. 1987, Washington DC. 44.
32. Harris, J.M., Spiral Grain and Wave Phenomena in Wood Formation. Springer Series in Wood Science, ed. T.E. Timell. 1989, Syracuse, New-York. 214.
33. Nepveu, G., Variabilité, in Le Bois Matériau d'Ingénierie, ARBOLOR, Editor. 1994: Nancy. p. 127-177. 34. Harris, J.M., Spiral Grain Angle and Wave Phenomena. Springer Series in Wood Science, ed. T.E.
Timell. 1988, Syracuse, New-York. 35. McLean, J.P., et al., The decreasing radial wood stiffness pattern of some tropical trees growing in
the primary forest is reversed and increases when they are grown in a plantation. Annals of forest science, 2011. 68: p. 681-688.
36. Carlquist, S.J., Comparative Wood Anatomy. Springer Series in Wood Science, ed. T.E. Timell. 1988, Berlin. 411.
37. Zink-Sharp, A., Mechanical Properties of Wood. Wood Quality and Its Biological Basis, 2003: p. 197-209.
38. Bodig, J. and B. Jayne, Mechanics of wood and wood composites, V.N. Reinhold, Editor. 1982: New York. N. Y.
39. Guitard, D., mécanique du matériau bois et composites, ed. Cepadues-Editions. 1987, Nancy. 238. 40. Stamm, A., Wood and cellulose science, T.R.P. Company, Editor. 1964: New-York. 41. Panshin, A.J. and C.d. Zeeuw, Textbook of Wood Technology. Vol. 1. 1970, New York: McGraw-Hill
Book Co. 42. Wood Hanbook: Wood as an Engineering Material. Agriculture Handbook, ed. F.P. Laboratory.
1987, Washington DC. 44. 43. Gerhards, C.C., Effect of moisture content and temperature on the mechanical properties of wood:
An analysis of immediate effects. Wood and Fiber Science, 1982. 14(1): p. 4-36. 44. Hoffmeyer, P. Duration of load effects for spruce timber with special reference to moisture content.
in CEC Seminar on Wood Technology. 1987. Münich, Germany. 45. Hanhijärvi, A., P. Galimard, and P. Hoffmeyer, Duration of load behaviour of different sized straight
timber beams subjected to bending in variable climate. Holz als Roh- und Werkstoff, 1998. 56: p. 285-293.
46. Siimes, F.E., The effects of specific gravity, moisture content, temperature and heating time on the tension and compression strength and elasticity properties perpendicular to the grain of Finnish
159
pine, spruce and birch wood and the significance of these factors on the checking of timber at kiln drying 1967, VTT: Helsinki.
47. Randriambololona, H., Modélisation du comportement différé du bois en environnement variable. 2003, Université de Limoges, Faculté des Sciences: France.
48. Aicher, S. and G.D.-L. Ranta-Maunus, Duration of load effect in tension perpendicular to the grain of glulam in different climates. Holz als Roh- und Werkstoff, 1998. 56: p. 295-305.
49. Kuilen, J.-W.G.V.D., Influence du taux d'humidité et de la durée de chargement sur les assemblages. Action du programme européen Comett, ed. STEP/EUROFORTECH. 1995: S.T.E.P. 1: C18. 7.
50. Gerhards, C.C., Bending creep and load duration of Douglas-fir 2 by 4s under constant load. Wood and Fiber Science, 1991. 23(3): p. 984-409.
51. Soltis, L.A., W. Nelson, and J.L. Hillis. Effect of loading mode on duration-of-load factors. in Second Pacific Timber Enginnering Conference. 1989. Auckland, New Zealand.
52. Prudhommeaux, M.-J., l'industrie des panneaux à base de bois, SESSI, Editor. 2000, Direction générale de l'Industrie, des Technologies de l'Information des Postes. p. 27-34.
53. Collardet, J.B.J., Les Bois commerciaux et leurs utilisations: Bois résineux (conifères). 1988: H. Vial. 141-172.
54. Dulbecco, P. and D. Luro, eds. L'essentiel sur le bois. ed. CTBA. 2001: Paris. 184. 55. Elbez, G. and D. Bentz, Le collage du bois. La technologie du bois, ed. CTBA. 1991, Paris: Compédit
Beauregard. 215. 56. Raknes, E., Adhésifs. Action du programme européen Comett, ed. STEP/EUROFORTECH. 1995:
S.T.E.P. 1: A12. 9. 57. Chans, D.O., J.E. Cimadevilla, and E.M. Gutiérrez, Glued joints in hardwood timber. International
Journal of Adhesion & Adhesives, 2008. 28: p. 457-463. 58. Davis, G., The performance of adhesive systems for structural timbers. International Journal of
Adhesion & Adhesives, 1997. 17: p. 247-255. 59. Leeuw, J.d. and J. Leufeuvre, Recommandations relatives au choix des colles à froid destinées à la
fabrication des charpentes. 1964, Centre Technique du Bois. 60. Mettem, C.J., J.A. Gordon, and B. Bedding, Structural Timber Composites. 1996, TRADA. 61. Manbeck, H.B., et al., Efficient Hardwood Glued-Laminated Beams, in International Wood
Engineering Conference 1996. 62. Coffin, J.L., J. Guiscafre, and C. Sales, Etude de la pression de serrage et de son influence sur les
paramètres de collage dans la fabrication d'éléments reconstitués en bois tropicaux. 1981, Centre Technique Forestier Tropical: Nogent-sur-Marne. p. 32.
63. Guiscafre, J. and C. Sales, Etude de l'aptitude au collage du bois d'Azobé (Lophita alata) à partir de résine résorcine-formaldhéyde. 1980, Centre Technique Forestier Tropical: Nogent-sur-Marne. p. 23.
64. NF EN 301: Adhésifs de nature phénolique et aminoplastes, pour structure portante en bois-
Classification et exigences de rétention. 2006. 65. Bécué, J.P., Chimie du Collage: Chimie macromoléculaire, E.S.B, Editor. 1999. 66. Bécué, J.P., Chimie du Collage: L'adhérence, E.S.B, Editor. 1999. 67. Dunky, M., Wood Adhesion and Glued Products, in COST Action, M. Dunky, T. Pizzi, and M.V.
Leemput, Editors. 2002. 68. Johns, W.E., The Chemical Bonding of Wood, in Wood Adhesives chemistry and technology, A. Pizzi,
Editor. 1989, Marcel Dekker INC.: New York. p. 75-96. 69. Scheikl, M., et al., Wood Adhesion and Glued Products, in COST Action, M. Dunky, T. Pizzi, and M.V.
Leemput, Editors. 2002. 70. Elbez, J., La mouillabilité: Aspect Théoriques et Expérimentaux. 1986, CTBA. p. 16. 71. WH:WEM, Wood Hanbook: Wood as an Engineering Material. Agriculture Handbook, ed. F.P.
Laboratory. 1987, Washington DC. 21.
160
72. Colling, F., Bois lamellé collé - Fabrication et Classes de résistance. Action du programme européen Comett, ed. STEP/EUROFORTECH. 1995: S.T.E.P. 1: A8. 9.
73. Ribeiro, A.S., et al., Study of strengthening solutions for glued-laminated wood beams of maritime pine wood. Construction and Building Materials, 2009. 23: p. 2738-2745.
74. Frese, M. and H.J. Blab, Characteristic bending strength of beech glulam. Materials and Structures, 2006. 40: p. 3-13.
75. Özçifçi, A. and F. Yapici, Structural performance of the finger-jointed strength of some wood species with different joint configurations. Construction and Building Materials, 2008. 22: p. 1543-1550.
76. CTBA, Etude technico-économique de l’aboutage. Travail mécanique du bois - usinage, ed. S. III. Vol. Fabrication des matériaux dérivés du bois Cahier N°92. 1973, Paris France.
77. Properzi, M. and A. Pizzi, Comparative wet wood gluing performance of different types of Glulam wood adhesives. Holz als Roh- und Werkstoff, 2003: p. 77-78.
78. Custodio, J., J. Broughton, and H. Cruz, A review of factors influencing the durability of structural bonded timber joints. International Journal of Adhesion & Adhesives, 2008.
79. Pizzi, A. and K.L. Mittal, Hanbook of adhesive technology. 2nd Edition ed, ed. C.P. LLC. 2003. 80. Gérard, J., Les spécificités du collage des bois tropicaux: valorisation des essences secondaires et
collage multi-essences, in Annales GC Bois, numéro spécial, Collage structural, F.J.o.T. Engineering, Editor. 1999. p. 15-30.
81. Bedel, J. and R. Gautier, Charpentes lamellées collées en bois tropicaux. Bois et Forêts des Tropiques, 1972. 141: p. 51-71.
82. Sales, C., Le séchage des bois tropicaux. Bois et Forêts des Tropiques, 1979. 184: p. 61-71. 83. Nakano, T. and Y. Hirabayashi, Adhesive and Coating Properties on Tropical Woods. Mokuai
Gakkaishi, 1997. 43(4): p. 356-363. 84. NF EN 386: Bois lamellé collé - Exigences de performance et exigences minimales de fabrication.
2002. 85. Guiscafre, J. and C. Sales, Possibilité de collage en mélange de plusieurs espèces africaines de "bois
rouges". Bois et Forêts des Tropiques, 1977. 175: p. 15-34. 86. C.L. Hse, M.L.K., Influence of extractives on wood gluing and finishing - a review. Forest Products
Journal, 1988. 38(1): p. 52-56. 87. Marra, A.A., Technology of wood bonding - principles in practice. Van Nostrand Reinhold, 1992. 88. Alamsyah, E.M., M. Yamada, and K. Taki, Bondability of tropical fast-growing tree species III: curing
behavior of resorcinol formadehyde resin adhesive at room temperature and effects of extractives of Acacia mangium wood on bonding. Journal of Wood Science, 2008. 54: p. 208-213.
89. Alamsyah, E.M.Y., M. and Taki, K., Bondability of tropical fast-growing tree species III: curing behavior of resorcinol formaldehyde resin adhesive at room temperature and effects of extractives of Acacia mangium wood on bonding. Journal of Wood Sciences, 2008. 54(3): p. 208-213.
90. Murmanis, L., B.H. River, and H. Stewart, Microscopy of abrasive-planed and knife-planed surfaces in wood-adhesive bonds. Wood and Fiber Science, 1983. 15: p. 102-115.
91. White, M.S. and D.W. Green, Effect of Substrate on the Fracture Toughness of Wood-Adhesive Bonds. Wood Science, 1980. 12(3): p. 149-153.
92. NF EN 391: Bois lamellé-collé - essais de délamination des joints de collage. 2002. 93. NF EN 392: Bois lamellé-collé - essais de cisaillement des joints de collage. 1995. 94. NF EN 385: Aboutages à entures multiples dans les bois de construction, exigences de performances
et exigences minimales de fabrication. 2002. 95. NF EN 408: Structures en bois massif et bois lamellé-collé - Détermination de certaines propriétés
physiques et mécaniques pour le calcul des structures. 2010. 96. NF EN 384: Détermination des valeurs caractéristiques des propriétés mécaniques et de la masse
volumique. 2010, AFNOR. p. 14. 97. NF EN 338: Bois de structure Classes de résistance. 2009, AFNOR. p. 8. 98. NF EN 1194 Structure en bois Bois lamellé-collé. 1999, AFNOR. p. 11.
161
99. NF EN 13183-1: Teneur en humidité d'une pièce de bois scié - Partie 1: détermination par la méthode par dessiccation. 2002.
100. Avila, C.B., Optimisation du procédé d'aboutage par entures multiples du bois d'épinette noire, in Faculté de Foresterie et Géomatique. 2003, Université Laval: Québec. p. 151.
101. Aimène, Y., et al. Analyse mécanique d'un procédé d'assemblage traditionnel du bois lamellé-collé. in Matériaux 2010. 2010. Nantes.
102. Guiscafre, J. and C. Sales, Etude de l'aptitude au collage du bois d'Azobé (Lophira alata) à partir de résine Résorcine-Formaldéhyde. 1980, Centre Technique Forestier Tropical: Nogent-sur-Marne. p. 19.
103. Hse, C.-Y. and M.-L. Kuo, Influence of extractives on wood gluing and finishing - a review. Forest Product Journal, 1988. 38(1): p. 52-56.
104. Guiscafre, J. and C. Sales, Etude de l’aptitude du Movingui (Disthemonanthus benthamianus) à l’utilisation en lamellé-collé. Bois et Forêts des Tropiques, 1975. 161: p. 35-40.
105. NF EN 386: Bois lamellé-collé Exigences de performance et exigences minimales de fabrication. 2002, AFNOR. p. 14.
106. CTFT, Bois des DOM TOM - Tome I - GUYANE Edition revue et corrigée, ed. CIRAD. 1993, Nogent-sur-Marne. 231.
107. NF EN 387: Bois lamellé-collé Aboutages à entures de grandes dimensions. 2002, AFNOR. p. 14. 108. Jokerst, R.W., Finger-Jointed Wood Products U.S.D. Agriculture, Editor. 1981, Forest Products
Laboratory: Madison, Winsconsin. p. 26. 109. Konnerth, J., et al., Mesurement of strain distribution in timber finger joints. Wood Science and
Technology, 2006. 40: p. 631-636. 110. Sallenave, P., Propriétés physiques et mécaniques des bois tropicaux de l'Union française. 1955,
CTFT: Nogent-sur-Marne. p. 128. 111. Aasheim, E., Wood Adhesion and Glued Products, in COST Action, M. Dunky, T. Pizzi, and M.V.
Leemput, Editors. 2002. 112. Tabarant, P., Stratégies de croissance des jeunes arbres héliophilesen couvert dense tropical:
Ajustement du fonctionnement hydraulique et mécanique, U.P.e.M. Curie, Editor. 2007, UMR Ecofog: Paris. p. 62.
113. NF EN 350-2: Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois - Durabilité naturelle du bois massif - Partie 2 : guide de la durabilité naturelle du bois et de l'imprégnabilité d'essences de bois choisies pour leur importance en Europe. 1994.
114. Paris, J.L. and F.A. Kamke. Adhesive flow characterization in wood composites with 3-D micro X-ray tomography. in Forest Products Society 65th International Convention. 2011. Portland, Oregon.
115. Modzel, G., F.A. Kamke, and F.D. Carlo, Comparative analysis of a wood-adhesive bondline. Wood Science and Technology 2010. 45: p. 147-158.
116. Haas, P.e.a., 3D Characterization of Adhesive Penetration into Wood by Means of Synchrotron Radiation. Wood Adhesives: Session 5 - Analytical, 2009.
117. Cool, J. and R. Hernandez. Effet de l'usinage sur la qualité de surface du bois d'épinette noire. in Matériaux 2010. 2010. Nantes.
118. Cool, J. and R. Hernandez. Effet de quatre procédés d'usinage sur le comportement au collage du bois d'épinette noire. in Matériaux 2010. 2010. Nantes.
119. Follrich, J., et al., Bond strength of end-grain joints and its dependence on surface roughness and adhesive spread. Journal of Wood Science, 2010. 56: p. 429-434.
120. Simon, F., Endommagement et rupture des joints collés sollicités en traction ou cisaillement. Application au collage du bois, in Ecole Doctorale de Physique. 2001, Université de Bordeaux I: Bordeaux. p. 235.
162
ANNEXE : RESULTATS DE L’ETUDE MENEE AU FCBA, ANTENNE DE BORDEAUX
Comme précisé à travers ce rapport, la Mélamine-Urée-Formol avait atteint sa limite de
conservation lors de son stockage en Guyane Française, suspendant les tests de collage entre le Q.
rosea et ce type d’adhésif. De plus, du fait que l’approvisionnement en colle soit long et que les
conditions de stockage soient non maitrisées, un partenariat avec le laboratoire du FCBA situé à
Bordeaux a permis de réaliser une étude sur le collage de Q. rosea avec la MUF et une résorcine.
Pour ce faire, des lamelles de bois ont été envoyés à M. Legrand, afin d’étudier la tenue des joints
de colle soumis aux variations d’humidité prévues par la norme européenne de délamination.
Ainsi des échantillons de six lamelles ont été réalisés à partir du Q. rosea envoyé préalablement.
Leur section avant rabotage était de 35 x 100 mm² et 320 mm de longueur. Les colles utilisées par
ce laboratoire sont les suivantes :
Mélamine-Urée-Formol : PREFERE 4546 / 5021 de DYNEA, classée type 1 selon la norme
EN 301
Résorcinol-Phénol-Formol : XRL 490 / XDL 490 de BOSTIK, classée type 1 selon la norme
EN 301
Les essais ainsi réalisés en métropole ont suivi le protocole de test décrit par la norme européenne
EN 302-2 (2004). Pour les adhésifs de type 1, le principal changement entre les deux normes de
délamination utilisées pour les adhésifs phénoplastes est que trois cycles complet d’immersion-
séchage sont réalisés, contrairement à deux lors de cette présente étude.
Ainsi, trois collages ont été réalisés dans le laboratoire du FCBA avec de la colle MUF. Ces poutres
collées comportaient 6 lames de bois dont l’humidité était comprise entre 13 et 14%. Les axes de
recherches se portaient essentiellement sur le temps d’assemblage fermé et sur l’épaisseur des
lames. Pour la résorcine deux collages ont été réalisés pour étudier l’influence du temps
d’assemblage fermé. Le tableau 28 regroupe le descriptif des collages mis en œuvre ainsi que leurs
résultats respectifs.
163
Tableau 28: Résultats des tests de délamination réalisés au FCBA par des spécialistes du collage du bois.
Configuration 1 2 3 4 5
Adhésif
Nature MUF MUF MUF RPF RPF
Grammage (g/m²) 350 350 350 450 450
Encollage Simple
face
Simple
face
Simple
face
Double
face
Double
face
TAO (min) 0 0 0 0 0
TAF (min) 30 45 45 60 75
Pression (MPa) 1 1 1 1 1
Temps de serrage (h) >12 >12 >12 >12 >12
Lamelles (rabotées)
Epaisseur (mm) 27 27 22 22 22
Largeur (mm) 95 95 110 110 110
Longueur (mm) 320 320 320 320 320
H (%) 13-14
Cycle de délamination EN 302-2
Eprouvettes
Largeur (mm) 91 91 100 100 100
Longueur (mm) 75 75 75 75 75
Résultats (%) Poutre 1 / Eprouvette 1 28 11 1,3 4,4 0
Poutre 1 / Eprouvette 2 22 16 2,5 5,5 3
Poutre 2 / Eprouvette 1 / / 1,8 / /
Poutre 2 / Eprouvette 2 / / 4,6 / /
Collage à la Mélamine-Urée-Formol
Les premiers résultats reçus montrent la difficulté à coller cette essence de bois avec cet adhésif. En
effet, malgré un collage réalisé en conditions ambiantes de la métropole, les premiers produits testés
annonçaient un résultat de délamination de 20%. Le deuxième collage, étant laissé plus longtemps à
polymériser avant la mise sous presse, diminue le risque de craquelures dans les plans de collage à
hauteur de 14%. Cette préconisation permet de laisser la colle polymériser évitant d’éjecter
l’adhésif des plans de collage. Enfin le troisième test réalisé présente des résultats corrects mais
nécessite une diminution de la section nominale des lames, spécialement l’épaisseur, réduisant ainsi
les contraintes engendrées par la rétractibilité de ce bois.
164
Collage à la Résorcinol-Phénol-Formol
Comme déjà observé, la résorcine étant une colle plus rustique, ses performances mécaniques sont
plus élevées que celle de la mélamine, mais nécessite plus de colle et plus de temps avant serrage
afin qu’elle soit utilisée dans les meilleures conditions. On remarque donc, qu’avec la résorcine, des
résultats corrects sont obtenus plus facilement qu’avec la mélamine. Cependant, la quantité de colle
est augmentée et l’opération s’est faite par un encollage double face sur des lames déjà diminuées
en épaisseur (22mm). Ainsi, et avec un temps d’assemblage fermé assez long (75 minutes), la
résistance des collages aux variations cycliques d’humidité respecte la réglementation européenne.
En conclusion, M. Legrand préconise l’utilisation de la résorcine, malgré de bons résultats avec la
mélamine, car la technologie adhésive qu’elle met en jeu est moins technique et moins sensible aux
facteurs extérieurs influençant le collage (température, hygrométrie). Ce type de colle est donc plus
adapté aux difficultés de collage rencontrées en Guyane. De plus, et afin d’augmenter le rendement
matière de production, l’épaisseur des lames peut être augmentée si un rainurage est préalablement
réalisé sur le bois.
Notons enfin que tous ces tests présentés ont été réalisés en conditions de laboratoire en métropole.
Cela permet de mettre en garde sur le fait que l’étape cruciale de collage a été bien maitrisée
par les experts et s’est déroulée dans des ambiances climatiques favorables. Il est donc important
d’extrapoler ces résultats aux conditions guyanaises, car par exemple, un temps d’assemblage fermé
de 60 minutes (condition 4 du tableau 28) est trop long pour un collage équatorial ambiant. En effet,
lors de la réalisation les échantillons collés avec une heure d’attente avant le serrage présentaient
des joints de colle déjà polymérisés avant la mise sous presse, ce qui est rédhibitoire pour un collage
correct.