Bois

Biomécanique de la formation du bois

Il s’agit de l’étude multi-échelle des propriétés biomécaniques du bois dans l’arbre, telles que les contraintes de croissance et le comportement mécanique du bois vert, qui sont désormais abordées au travers de deux approches mutuellement fertiles : une approche mécaniste,

qui vise à comprendre le « comment » de la biomécanique du bois et de l’arbre (identifier les relations entre structures et propriétés, ainsi que les mécanismes qui les expliquent), et une approche fonctionnelle, qui vise à comprendre le « pourquoi » de ces propriétés (leur fonction pour l’arbre et la signification biologique de leur diversité).

Les recherches de cet axe sont au cœur de l’ANR StressInTrees, dont l’objectif est la compréhension, aux échelles microscopiques, des mécanismes à l’origine des contraintes de maturation du bois de tension.

Un autre thème concerne la modélisation multi-échelle des propriétés élastiques et viscoélastiques du bois vert, en y intégrant les résultats récents et des mesures complémentaires sur le lien entre déformations du bois et de la cellulose (mesurée par diffraction de rayons X).

Enfin, un dernier thème porte sur le développement de simulation numérique de la mécanique de la croissance du bois à l’échelle du tissu, au travers de collaboration avec l’équipe BIOTIC et l’axe transversal Milieux cellulaires

Effets du temps sur le comportement

Tant pour la biomécanique des tiges que pour la conception d’éléments structurels en bois, il importe de prendre en compte l’effet du temps. Celui-ci intervient de plusieurs manières dans la mécanique du bois : viscoélasticité thermo-activée, mécano-sorption.

Le processus d’élaboration du matériau, qu’il s’agisse de la maturation cellulaire ou de transformations par découpes ou séchage, induit des contraintes résiduelles dépendant des cinétiques mises en œuvre. Les lois de comportement elles-mêmes sont sujettes à des variations soit réversibles par vieillissement physique, soit irréversibles du fait de l’oxydation, des attaques biologiques, de l’endommagement d’origine mécanique ou de couplages entre plusieurs de ces causes.

L’équipe aborde de manière de plus en plus intégrée tous ces aspects de la dépendance temporelle du comportement physico-mécanique du bois. Bien que la recherche fondamentale des mécanismes en jeu et des formulations du comportement constitue le cœur de cet axe, celui-ci comporte des aspects applicatifs, renforcés par un MCF à l’interface avec le génie civil (équipe SIGECO). La modélisation hygro-thermo-mécanique est un outil privilégié pour développer les usages du bois dans la construction.

Diversité des propriétés des bois

En tant que matériaux d’origine biologique, les bois présentent une très grande diversité entre espèces et variabilité à l’intérieur d’une espèce, d’un peuplement ou d’un arbre. Cet axe de recherche vise à comprendre, à gérer, puis à valoriser la diversité des bois.

Un premier objectif sera d’élargir la compréhension des déterminants structurels et biologiques de la variabilité de propriétés. Ceci impliquera une prise en compte accrue des différents types de bois formés durant la vie de l’arbre, ainsi que des démarches tendant vers l’intégration des notions de contrôle génétique et environnemental.

Un second objectif sera de gérer la diversité des propriétés et des usages. Ceci implique des approches spécifiques comme la conception de base de données relationnelles permettant des connexions dynamiques entre : différents domaines du comportement mécanique, caractéristiques microstructurales et chimiques, usages connus des espèces et données botaniques systématiques.

Ces avancées dans la connaissance et la gestion de la diversité des propriétés permettront de faire entrer le bois, « à armes égales » avec d’autres matériaux avancés, dans les méthodes de choix de matériaux. Ceci ouvrira la porte à une meilleure valorisation d’essences locales, secondaires ou haut de gamme, notamment dans l’éco-conception et les structures bois.

Usage des bois dans le patrimoine culturel

Cet axe de recherche s’appuie fortement sur les interactions que l’on souhaite développer avec le secteur des sciences humaines et sociales, et comprend à ce jour trois volets.

Un premier volet concerne la conservation des objets en bois du patrimoine. Les études ont été jusqu’à maintenant centrées sur les panneaux peints, mais d’autres objets d’étude tels que des éléments de mobilier, des éléments de structures (génie civil, habitat), des instruments de musique sont également envisagés.

Un deuxième volet concerne les usages du bois en facture d’instruments de musique. Hormis l’objet d’étude, la spécificité de la démarche consiste à appréhender, sous l’angle des sciences du bois, les choix techniques d’artisans luthiers détenteurs d’une expertise empirique séculaire. Ces recherches entre dans le cadre de l’action COST WoodMusiCK.

Finalement, un dernier volet port sur la conservation des savoirs traditionnels sur le bois et ses métiers. Les usages du bois par l’homme à travers les siècles et les cultures se sont développés en lien direct avec les caractéristiques mécaniques et physiques du matériau, mais ces questions n’ont été que très peu étudiées sous l’angle, justement, de la mécanique.