Chapitre I Revue de littérature

Table des matières

Le Québec a une superficie de 1 667 926 km2. La ressource forestière recouvre près de la moitié du territoire québécois, soit 764 897 km2. La forêt boréale, composée de conifères, représente 73,7% de ce territoire. Elle renferme presque exclusivement les espèces de sapin baumier, d'épinette noire, d'épinette blanche, du pin gris et du mélèze laricin (Parent 2002).

L'épinette noire est très répandue au Québec et au Canada, et s'étend sur la partie nord du continent nord-américain. L'arbre présente un diamètre se situant généralement entre 10 et 23 cm et il peut atteindre 12 à 20 m de hauteur (Viereck et Johnston 2002). La principale utilisation commerciale de l'épinette noire au Canada et aux États-Unis est orientée vers la fabrication de pâte à papier et de bois de colombages. Cependant, ce bois se prête particulièrement bien à la fabrication de semelles de poutrelles en I.

La fabrication de semelles jointées à partir de bois résineux s'inscrit parfaitement dans les tendances mondiales actuelles où l'on observe une forte croissance de la demande pour les produits du bois de haute qualité. La production du bois d'épinette noire jointé est une façon de s'adapter aux nouvelles réalités et de saisir les occasions d'affaires reliées à la transformation de produits à valeur ajoutée.

Le fait de favoriser une meilleure utilisation de la ressource forestière, l'amélioration des procédés de transformation, la fabrication de produits à valeur ajoutée du bois, la capacité de développer des produits de très bonne qualité à partir de sciages des résineux, sont autant d'aspects utiles pour le développement économique des régions forestières.

La conception du bois d'ingénierie vise à développer des produits à partir de bois collés tels que les poutres en bois lamellé-collé, les fermes de toit, les poutrelles en I, les poutres de placage laminées (Laminated Veneer Lumber, LVL), les poutres de lamelles parallèles (Parallam TM), les poutres de lamelles orientées (Timberstrand TM), les poutres ajourées et le bois abouté (Lamy 1995).

Le bois d'ingénierie a été conçu pour remplacer le bois massif traditionnellement utilisé dans l'industrie de la construction. Celui-ci vise à offrir des performances supérieures au bois naturel, dans le sens où il est en mesure de rencontrer des exigences plus élevées en terme de résistance mécanique et de rigidité et en terme également de portées (Lamy 1995). Ce produit utilise du bois de petites sections pour une meilleure résistance mécanique finale bien que sa fabrication nécessite plus d'ingénierie, de conception, de connaissances et de maîtrise technique. Le marché du bois d'ingénierie a connu une croissance très rapide au cours des dix dernières années et il continue de se développer. Par exemple, le rythme de croissance aux Etats-Unis d'Amérique est d’environ de 250 millions de pieds mesure de planche (pmp) par année et la tendance devrait se poursuivre (Forintek 2001).

De tous les produits d'ingénierie destinés à la construction de planchers, les poutrelles en I ont connu le plus grand succès. Les principaux avantages de ce produit sont sa légèreté et sa facilité de mise en œuvre (Forintek 2001).

Par ailleurs, au Canada la construction en bois prédomine largement. Au Québec, les entreprises dédiées à la fabrication de composantes de produits en bois d'ingénierie de structure travaillent principalement avec l'épinette noire ( Picea mariana (Mill.) B.S.P.), qui possède une masse volumique et résistance mécanique adéquates. L'utilisation du bois abouté dans les composantes structurales est très importante car celles-ci doivent résister à des sollicitations mécaniques élevées. Le bois abouté a déjà été utilisé avec succès dans les assemblages à angle pour les composantes de meubles (Richards 1962), dans la fabrication des systèmes de fermes de toit (Hoyle et al. 1973) et aussi dans la fabrication des poutres lamellées-collées (Wibbens 1989).

Au Québec, il y a une douzaine d'entreprises œuvrant dans le secteur du bois abouté et du lamellé-collé qui utilisent les espèces de sapin, épinette et pin. Les entreprises de ce secteur consomment annuellement près de 421 millions de pmp de bois (Belley 2002). Au Québec, le bois abouté à utilisation structurale est vendu le plus souvent comme composante des produits du bois d'ingénierie tels que la poutrelle en I. Cette dernière est formée de semelles en bois abouté en haut et en bas avec une âme en panneau de lamelles orientées (OSB) ou en contreplaqué. La performance mécanique est ainsi un élément important exigé. Il est alors nécessaire de surveiller tous les facteurs susceptibles d'affecter la performance mécanique du bois abouté.

L'aboutage à entures multiples est un assemblage longitudinal réalisé par le collage de pièces de bois de fil et aux extrémités desquelles ont été pratiqués des coins trapézoïdaux semblables, appelés entures (Centre Technique du Bois 1973). L'utilisation de cette technique permet d'obtenir des pièces de bois de grande longueur ainsi que de récupérer des morceaux de bois de petite taille.

Les entures peuvent être usinées suivant la largeur (joint vertical) ou suivant l'épaisseur (joint horizontal). La surface est plus grande pour concevoir la forme des entures dans le joint vertical, bien qu'une tête de découpage plus large avec plus de couteaux soit requise (Forest Products Laboratory 1999). Le joint horizontal est plus commun en Amérique du Nord et sert surtout à la fabrication de bois abouté pour la construction (Forintek 2001).

Les facteurs qui affectent la résistance mécanique des assemblages à entures très nombreux. Certains sont reliés au bois tels que l'espèce et la masse volumique alors que d'autres sont connexes aux procédés et incluent des facteurs tels que l'état des outils, le type d'adhésif, le temps de durcissement de l'adhésif ainsi que le niveau de pression d'assemblage et sa durée (Tableau 1.1). Plusieurs études ont ainsi été conduits sur ces facteurs (Selbo 1963, Strickler 1967, Centre technique du bois 1973, Fröblom 1975, Strickler 1980, Jokerst 1981, Morkved 1982). Jokerst (1981) entre autres discute des aspects tels que l'orientation des entures dans la pièce, la géométrie des joints, les adhésifs et l'effet de la pression de collage.

La Figure 1.1 montre le profil des entures et leurs caractéristiques géométriques. Quatre variables sont importantes dans la géométrie des joints du bois abouté: la pente, le pas, la longueur et la largeur des extrémités des entures. Si l'on fixe trois des variables, la quatrième s'établit automatiquement et celle-ci détermine le dessin des joints. En conséquence, l'effet que possède une variable sur la résistance mécanique de l'union n'est pas indépendant des trois autres.

L'effet de la géométrie des joints a été étudié par divers auteurs (Richards et Goodrick 1959, Selbo 1963, Richards 1963, Selbo 1975a, Ayarkwa et al. 2000a ). Richards et Goodrick (1959) ont évalué l'effet de la pente sur la résistance mécanique à la traction du bois de pin du sud. Quatre rapports de pente ont été utilisés pour l'étude, à savoir, 1:6, 1:9, 1:12, et 1:15. La pente de 1:15 a atteint une moyenne de 82% de la résistance mécanique à la traction du bois massif, alors que la pente de 1:6 n'a atteint que 54% de cette résistance. La pente faible assure un bon collage de bois dans le sens du fil, ce qui augmente la résistance mécanique. Par contre, la pente faible diminue le pas, ce qui augmente le nombre des extrémités des entures (b) lesquelles provoquent de mauvais collages (Centre technique du bois 1973). Le comportement au collage de deux résineux (épinette de sitka et sapin douglas) et d'un feuillu plus dense (chêne blanc) a été étudié par Selbo (1963).

Les effets de trois épaisseurs de l'extrémité de l'enture (b), de six pentes et de six pas ont été évalués (Figure 1.1). Cet auteur soutient qu'une grande zone d'union collée et des entures bien minces sont requises afin de développer une résistance mécanique au cisaillement élevée. De plus, la résistance en traction longitudinale augmente avec la diminution de la pente des entures. Les entures doivent alors être assez longues et à faibles pentes afin de disposer d'une bonne surface de collage.

D'autre part, selon Morkved (1982) la longueur des entures aurait théoriquement peu

Figure 1. 1. Nomenclature et géométrie d'aboutage (d'après le Centre Technique du Bois 1973).

où :

L : longueur

P : pas

β : épaisseur de l'extrémité de l'enture

α : pente

S : jeu au fond de l'enture

H : largeur totale de l'assemblage

d'importance sur la capacité des joints tant que la surface des extrémités des entures demeure la même. Sunley (1980) souligne qu'en général les unions structurales ont des entures d'une longueur de 10 à 15 mm et des pas entre 3 et 4 mm. Walford (2000) a étudié l'effet de la longueur des entures sur la résistance en flexion et en traction du bois abouté de pin radiata. L'étendue des longueurs évaluées était de 3,5 mm à 16 mm et elle n'a pas d'impact sur la résistance mécanique du bois abouté du pin radiata. Par ailleurs, Raknes (1982) souligne que les entures courtes (7,5 mm à 10 mm) donnent moins de pertes de matériel et elles requièrent moins de puissance pendant l'usinage que les entures plus longues (plus de 20 mm). De plus, des pressions d'assemblage élevées peuvent être utilisées sans causer de dommages au joint du bois abouté. Les entures plus longues (50 mm à 60 mm) produisent des pertes et des dommages considérables. Les couteaux doivent être plus robustes. D'après Raknes (1982), l'intervalle de longueur d'utilisation des entures est de 7,5 mm à 60 mm, mais le plus commun se situe entre 15 mm et 35 mm. En général, les aboutages non structuraux sont plus courts (moins de 10 mm) et présentent des extrémités émoussées. Les aboutages structuraux sont généralement plus longs (entre 22 et 28 mm) et présentent des extrémités plus aiguës. (Wisconsin Knife Works 2000).

Après la pente et la longueur des entures, l'épaisseur de l'extrémité de l'enture (β) est le facteur le plus important affectant la résistance mécanique du joint. D'après Selbo (1963), les entures doivent être suffisamment longues et la pente relativement faible pour offir une surface effective de collage suffisamment grande pour résister à une contrainte de cisaillement qui se rapproche de la résistance mécanique à la traction de la pièce. Si ces conditions sont rencontrées, l'épaisseur de l'extrémité de l'enture devient alors un facteur important de la résistance mécanique du joint. Une extrémité plus mince donne une plus haute résistance mécanique (Figure 1.2). D'autres auteurs soulignent l'importance de maintenir les extrémités des entures les plus minces possibles pour atteindre de meilleures performances. Strickler (1980) recommande ainsi que l'épaisseur des entures n'excède pas 0,8 mm. Jokerst (1980) mentionne que l'épaisseur des extrémités des entures doit être aussi faible que possible et le pas suffisamment grand pour éviter la concentration des contraintes à l'extrémité des entures. Richards (1958) souligne la difficulté à usiner des entures minces malgré leur résistance mécanique élevée.

En ce qui concerne le pas des entures, Pavlov (1954) mentionne qu'il n'y a pas d'effet sur la résistance mécanique du joint.

Le dessin des joints est de première importance car il affecte directement la résistance mécanique des joints structuraux. En général, la résistance mécanique diminue à mesure que la pente augmente. Selbo (1975) a exprimé la résistance mécanique à la traction longitudinale de divers types de joints par rapport à celle du bois massif (Figure 1.3). Les joints à entures multiples (fig. 1.3 B,C,D) présentent une bonne résistance à la traction longitudinale par rapport à celle du bois collé bout à bout (fig. 1.3 A). Le joint à

Figure 1. 2 . Effet de l'épaisseur de l'extrémité d'entures sur la résistance mécanique en traction longitudinale du bois abouté par entures multiples de sapin douglas (adapté de Selbo 1963).

biseau plat (fig. 1.3 E) est l'ancêtre des joints à entures multiples. La performance des joints à biseau plat a été étudiée par Jessome (1958), Stieda (1958), Richards et Goodrick (1959) et Selbo (1975a). Ce type de joint est le plus performant parmi tous les types de joints. Le joint à biseau plat n'a cependant pas connu beaucoup d'expansion puisqu'il engendre une grande perte de longueur et qu'il permet difficilement d'obtenir une bonne exactitude et une bonne précision dans l'alignement des blocs (Jokerst 1981).

Le premier inconvénient des joints à entures multiples est qu'ils ont nécessairement

Figure 1. 3. Effet du type de joint sur la résistance mécanique à la traction par rapport à celle du bois massif (d'après Selbo 1975).

plusieurs points de concentration de contraintes, soit un à chacun des bouts des entures, ce qui réduit leur efficacité structurale par rapport à celle du joint de type biseau plat (River et al. 1991).

Les producteurs de bois abouté ont tendance à produire des joints à entures multiples avec des épaulements et des entures courtes parce qu'ils sont moins coûteux et plus faciles à fabriquer. Plusieurs configurations existent actuellement sur le marché telles que sans épaulement (feather), mâle-femelle et inversée (Figure 1.4) (ACEco Precision Wood Tooling 2000). Cependant, aucune information n'est disponible pour savoir celle qui offre une meilleure performance mécanique. Bryant et al. (1998) ont travaillé sur la géométrie des joints à entures multiples avec et sans épaulement. Les résultats ont suggéré que les entures multiples à épaulement ont tendance à avoir une mauvaise performance mécanique et un type de rupture fragile.

Janowiak et al. (1993) ont évalué des joints à entures orientées horizontalement (joint dont le profil des entures apparait sur la face étroite de la pièce), et verticalement (joint dont le profil des entures apparait sur la face large de la pièce). Des essais mécaniques de flexion et de traction des deux types de joints ont été réalisés sur des petits échantillons de feuillus

Figure 1. 4. Types de configuration des joints A: Sans épaulement, B: Mâle-femelle, C: Inversée.

(chêne rouge, érable rouge et tulipier) collés avec deux types d'adhésif (mélamine-formaldéhyde et résorcinol-formaldéhyde). Les comparaisons ont montré que les différences mécaniques attribuables, soit à l'orientation des entures ou soit au type d'adhésif ont été faibles. Les joints à entures verticales semblent cependant offrir une résistance supérieure autant en flexion qu'en traction. Cependant, le travail n’indique pas la manière dont les essais de flexion ont été conduits, soit sur rive ou sur plat. Par ailleurs, Tan (1993) a remarqué qu'en compression, le joint vertical est d'environ 29% plus fort que le joint horizontal chez le meranti tembaga. Jokerst (1981) mentionne également dans ce contexte que les joints à orientation verticale ont une meilleure performance en flexion que les joints horizontaux. Les contraintes se distribuent à travers toutes les entures pour le joint vertical, tandis que pour le joint horizontal, les entures extérieures supportent la plupart de la charge ce qui affecte son intégrité (Jokerst 1981).

Les caractéristiques du bois affectent la fabrication des joints à entures multiples. On retrouve ainsi des problèmes reliés à la masse volumique, à la teneur en humidité, aux défauts (nœuds, moelle, gerces, etc), à la pente du fil et à la température du bois. Moody (1970) par exemple, a observé que la présence de moelle dans les joints diminue la résistance mécanique du bois de pin du sud. Les normes canadiennes NLGA 2000a et NLGA 2000b exigent alors une classification visuelle pour le bois. La taille et l'emplacement des nœuds et des fentes, l'inclinaison du fil, la flache et le gauchissement comptent parmi les facteurs qui doivent être pris en compte lors de la classification.

La masse volumique et l'humidité du bois sont deux caractéristiques qui affectent ses propriétés mécaniques (Bodig et Jayne 1982). Fröblom (1975) souligne que la masse volumique est un des aspects qui affecte également la résistance mécanique du bois à entures multiples. Ainsi, Samson (1985) a constaté que les changements de la masse volumique entre les blocs ont été les responsables de la variation rencontrée sur le module d'élasticité du bois abouté.

D’autre part, la plupart des propriétés mécaniques du bois augmentent lorsque la teneur en humidité diminue au-dessous du point de saturation des fibres. Ainsi, Green et Kretschmann (1994) et Kretschmann et Green (1996) ont trouvé, pour le bois massif, que les résistances mécaniques à la rupture en traction parallèle et perpendiculaire au fil du bois, augmentent à mesure que la teneur en humidité diminue. Elles atteignent un maximum entre 10% et 12%. Plusieurs travaux ont été réalisés par rapport à l'effet de la teneur en humidité sur le jointage de pièces. Par exemple, Troughton et Chow (1977, 1980) ont évalué des joints à entures multiples en utilisant la méthode de durcissement par préchauffage (LPFO) de Forintek, avec des teneurs en humidité variant entre 12% et 90%. Cette méthode consiste à chauffer la zone du joint en surface à l'aide d'un courant d'air chaud pour ensuite appliquer un adhésif de type thermodurcissable tel que le phénol-résorcinol formaldéhyde. La chaleur emmagasinée dans les entures permet la polymérisation rapide de la colle. Les résultats ont montré que la technique LPFO a un bon potentiel pour ajouter de la valeur à la matière première. Par ailleurs, l'aboutage de bois vert a été possible grâce aux procédés tels que le New Zealand Greenweld, qui utilise un adhésif de type résorcinol-formaldéhyde mélangé avec durcisseur fait de paraformaldéhyde et une solution d'ammonium, le procédé US Soybean, basé sur une solution protéinique hydrolysée de soya et mélangé avec le phénol-résorcinol formaldéhyde et un catalyseur de type paraformaldéhyde, et le système de collage avec un adhésif à l'uréthanne (Steele et al. 1998, Verreault 1999, Verreault 2000).

La teneur en humidité affecte les propriétés physiques et mécaniques du bois et par le fait même, son collage. Une fois collée, la pièce aboutée devrait avoir une humidité aussi proche que possible de celle requise en service. Dans la plupart des cas, il faut essayer d'atteindre une humidité du bois comprise entre 6% et 16%. De plus, l’écart d'humidité entre deux pièces qui seront collées ensemble ne devrait pas dépasser 5% (Association des manufacturiers de bois de sciage du Québec 1999). Le principal effet de la teneur en humidité sur le bois à abouter est de provoquer des inconvénients lors du pressage par haute fréquence (HF), utilisé principalement pour le durcissement des adhésifs phénol-résorcinol formaldéhyde. Lorsque l'humidité est supérieure à 15%, l'énergie des HF est déviée vers les surfaces les plus humides plutôt que sur le joint lui-même. Ce phénomène entraîne de sérieux problèmes car au Canada la plupart des bois commerciaux sont séchés au-dessus de 15% H (Turgeon 1981). La teneur en humidité du bois doit donc être contrôlée de façon à produire un collage le plus résistant. Il faut considérer également l'eau ajoutée par l'adhésif de manière à ce que l'humidité finale du produit soit celle requise en service (Centre technique du bois et de l'ameublement 1991).

Ngangué (2000) a étudié l'impact de la teneur en humidité sur la performance mécanique des joints d'épinette noire collés avec du phenol-résorcinol formaldéhyde. Des paires de blocs de bois de même teneur en humidité ont été testés à 8%, 12%, 16% et 20% H. Des combinaisons de paires de blocs à différentes teneurs en humidité ont été également évaluées. L'écart de teneur en humidité entre les paires était de 0%, 4%, 8% et 12% H. Le pressage de blocs fut fait par haute fréquence. La performance au collage a été évaluée à l'aide d'un essai de cisaillement à la ligne de colle. Une valeur optimale de 13,5% H fut obtenue pour les blocs de bois ayant une même teneur en humidité. Cependant, aucune différence significative n'a été observée de 8% à 20% de teneur en humidité. D'autre part, des différences significatives ont été observées lorsque la teneur en humidité variait entre les blocs. D'après Ngangué (2000), une trop grande variation de la teneur en humidité fera que l'énergie destinée à la cuisson de l'adhésif sera absorbée plutôt par le bois, en diminuant ainsi le taux de réticulation de la colle. Shuler et al . (1979) ont indiqué que la performance mécanique en flexion de poutres d'épinette de l'est a été affectée par la teneur en humidité des joints lors de l'aboutage. Plus tard, Shuler (1980) a étudié le comportement du bois à entures multiples d'épinette de l'est pour trois teneurs en humidité (8%, 12% et 14% H) et pour trois temps d'assemblage (10, 20 et 30 minutes), sur les propriétés de traction et de flexion avec un adhésif de type phénol-résorcinol formaldéhyde. Aucune différence appréciable n'a été notée pour les conditions d'assemblage, quoique les échantillons de basse teneur en humidité (8%) ont montré de faibles contraintes à la rupture en traction et en flexion.

Les propriétés mécaniques du bois sont très sensibles à la présence de nœuds. Les semelles du bois jointé doivent alors être sélectionnées sans nœuds pour éviter des amorces de rupture. Leur influence est négligeable à l'axe neutre, même sur le comportement en cisaillement. Sur la partie comprimée d'une semelle, leur influence est très inférieure à celle sur la partie en traction (Bodig et Jayne 1982). D'après Samson (1980), les amorces de rupture sont reliées à des anomalies dans les membrures, correspondant principalement à des nœuds. Une distance minimale entre le nœud et la base des entures est donc généralement exigée. Cette distance est égale à trois fois le diamètre d'un nœud (Raknes 1982). Par ailleurs, Pellicane et al . (1987) ont rapporté que les nœuds de 6 mm à 13 mm de diamètre ont diminué la résistance mécanique à la traction de bois abouté. Il faut donc éviter la présence des nœuds près des joints.

Par ailleurs, la pente de fil, a une influence directe sur la résistance mécanique d'une pièce de bois. Plusieurs auteurs soulignent l'évolution des propriétés mécaniques du bois en fonction de l'angle des fibres (Kollmann et Côté 1968, Harris 1989, Forest Products Laboratory 1999). La résistance mécanique est très sensible aux variations de la pente du fil. Une augmentation de la pente peut causer une réduction significative de la résistance mécanique (Forest Products Laboratory 1999). Kollmann et Côté (1968) par exemple ont constaté que la pente du fil a plus d'influence sur la résistance mécanique à la traction que sur celles en flexion et en compression. Les normes NLGA 2000a et NLGA 2000b tolèrent une certaine déviation du fil pour les différents degrés de classification du bois. La pente du fil est donc un paramètre important à considérer lors de l'optimisation de l'aboutage du bois.

La température du bois est une autre caractéristique qui peut influencer le collage du joint. Par exemple, elle peut modifier la viscosité de la colle utilisée. Une basse température peut impliquer un retard dans la prise de la colle tandis qu'une température élevée peut provoquer une diminution du temps de prise de la colle et activer le durcissement (Association des manufacturiers de bois de sciage du Québec 1999). La température du bois doit être supérieure à 18°C lorsque la colle est appliquée, ce qui nécessite un préchauffage du bois, du moins pour certaines régions du Canada et de la Scandinavie (Turgeon 1981). Sans préchauffage, un joint de phénol-résorcinol ou de résorcinol durcit à la température ambiante après 36 heures. Le bois froid ou gelé ne donne pas un joint satisfaisant, il est donc nécessaire de prévoir une surface d'entreposage suffisamment grande pour le bois dans les mois d'hiver (Turgeon 1981). Théoriquement, il est possible d'abouter des bois indépendamment de leur température à condition qu'une chaleur suffisante soit introduite dans la zone d'union pour durcir la colle (Raknes 1982).

Les principes d'adhésion doivent être respectés surtout pour les aboutages de type structural. Les principes d'adhésion sont les suivants (Strickler 1980): a) obtenir des surfaces sans endommagement b) appliquer suffisamment d'adhésif pour chacune des entures afin de fournir un film continu dans l'interface de l'union c) mouiller chimiquement les deux surfaces pour les assembler d) s'assurer que les surfaces aient un bon contact au moment du durcissement de l'adhésif.

L'adhésif le plus utilisé dans les usines de jointage de Colombie-Britannique est le phénol-résorcinol qui assure un joint imperméable (Turgeon 1981). La colle est généralement appliquée sur les deux bouts des pièces à abouter à un taux de 27 à 36 kilogrammes de colle par 92 m2 de surface de joints (Turgeon 1981). Le lien résultant avec l'adhésif phénol-résorcinol possède une haute résistance mécanique, un bon comportement au fluage, une haute résistance à l'humidité et une excellente longévité (Gardziella et al. 2000). La colle rigide phénolique utilisée aujourd'hui par la plupart des entreprises, produit une rigidité dans le joint. Par conséquent, les contraintes dans cette zone sont plus élevées, entraînant une augmentation des probabilités de rupture. Si les joints étaient moins rigides, à une même résistance, ils généreraient moins de concentrations de contraintes que les joints courants Pellicane et al . (1986). Cependant, la nature du substrat, la pression de collage, la quantité de colle utilisée et l'épaisseur du joint de colle, peuvent également influencer le comportement mécanique du joint. Murphey et Rishel (1972) et Groom et Leitchi (1994), ont étudié l'effet de l'épaisseur de la ligne de colle sur la résistance mécanique de bois abouté. Les résultats ont indiqué qu'un joint de colle trop épais ou trop mince peut occasionner une faiblesse du joint. Ménard (1993) mentionne que l'épaisseur optimale est d'environ 0,1 à 0,25 mm pour le bois. Ainsi, un contrôle adéquat de l'épaisseur de la ligne de colle produira des joints plus résistants. Un travail similaire a été effectué par Ebewele et al . (1979) où l’énergie d’adhésion a bien été démontrée comme passant par un maximum pour un degré d’encollage intermédiaire.

Le procédé d'aboutage par entures multiples à l'aide d'un adhésif phénol-résorcinol formaldéhyde, débute par l'usinage des deux extrémités des pièces. L'adhésif est ensuite immédiatement enduit sur les entures produites par un système mélangeur et d'application. Les entures sont serrées ensemble et introduites dans une zone de durcissement où des plaques chaudes ou de radio fréquence sont utilisées pour durcir l'adhésif sous pression pendant une courte période de temps. Il s'agit souvent d'un processus en continu. Par conséquent, les adhésifs doivent posséder une vitesse rapide de durcissement sous ces conditions pour maintenir les pièces ensembles. Ceci est très important pour les chaînes de transport de la ligne de production puisque la vitesse y est habituellement rapide.

Par ailleurs, les adhésifs de type polyuréthanne (PUR) sont en train de gagner du terrain en Amérique du Nord pour une variété d'applications structurales et non-structurales. Le bois abouté constitue un produit intéressant pour l'utilisation des adhésifs PUR. L'adhésif PUR offre de grandes possibilités étant donné que le processus de durcissement n'est pas limité par les mêmes conditions que les adhésifs phénoliques. L'humidité dans le bois ou dans l'air provoque le durcissement des adhésifs PUR sans avoir recours à aucun catalyseur ou aucune chaleur supplémentaire. Ces adhésifs ont alors été considérés comme une alternative pour l'aboutage du bois (Chen 2001, Lange et al. 2001, Verreault 1999). Ayarkwa et al. (2000b) ont essayé des colles de type isocyanate, résorcinol-formaldéhyde (RF) et melamine-formaldéhyde (MF) pour l'aboutage de trois bois tropicaux. Le type d'adhésif a eu un effet significatif sur les propriétés de flexion et de traction; celui de type isocyanate étant le meilleur. Cependant, la résine phénolique continue à être à ce jour l'adhésif préféré pour les composantes de bois collés à usage structural. Néanmoins, les perspectives d'utilisation des isocyanates deviennent de plus en plus importantes puisqu'elles ont démontré une bonne capacité pour le collage du bois à des fins structurales.

D’autre part, la commission nationale de classification de sciages (NLGA) a récemment développé une annexe qui permet l'utilisation des adhésifs de type isocyanate, tel que les PUR (National Lumber Grades Authority 2002). Dans ce contexte, le produit ISOSET®PEP peut donc être utilisé au Canada pour les applications des produits en bois d'ingénierie. Cet adhésif contient un polymère en émulsion aqueuse combiné à un polyuréthane. L'adhésif est un système à deux composants, soit une base de polymère émulsifiée et un prépolymère polyuréthane. Ces deux résines, désignées par UX-100 et WD3-A322, sont mélangées immédiatement avant leur utilisation pour former le polyuréthane (Ashland 2002, Conseil national de recherches Canada 2001). Peu de travaux sont disponibles qui aient utilisé cet adhésif pour l'aboutage du bois. King et Chen (2001) ont évalué la performance de l'adhésif ISOSET UX-100/A322 pour des applications de bois abouté et de poutrelles en I. Les performances mécaniques de cet adhésif furent de 10% à 25% plus élevées que celles des autres types d'adhésif commerciaux. Une vitesse rapide de durcissement de l'adhésif, une excellente résistance mécanique et une bonne durabilité pour des applications à l'extérieur, sont quelques-uns des avantages que ces auteurs ont trouvés lors de leur étude. Par ailleurs, Vrazel (2002) a évalué les effets de l'espèce, du type d'adhésif et de la température de durcissement sur la résistance et la durabilité du bois abouté structural. Bien que l'adhésif résorcinol-formaldéhyde ait eu une meilleure performance en flexion et en traction des trois adhésifs évalués, l'ISOSET UX-100/A322 peut aussi être considéré comme un système très comparable à celui de type résorcinol-formaldéhyde. Dans ce contexte, une recherche sur le changement du type de colle du phénol-resorcinol, pour une colle d'isocyanate, peut être suggérée et ajoutée aux objectifs de ce projet.

Par ailleurs, l'effet du temps d'ouverture et d'assemblage sur la qualité de joint a été étudié par Troughton et Gee (1979). L'étude était basée sur l'adhésif phénol-résorcinol formaldéhyde (PRF). Ils ont établi que lorsque cet adhésif est appliqué pour le préchauffage des entures, les réactions de durcissement commencent à avoir lieu très rapidement. Étant donné que la chaleur dégagée dans les entures accélère les réactions de durcissement de l'adhésif PRF, les temps de l'ouverture jouent alors un rôle important dans la qualité des joints. Malheureusement, il n'existe pas d'information reliée à ce sujet pour les adhésifs de type isocyanate.

La pression à appliquer durant l'assemblage des joints à entures multiples joue un rôle déterminant dans la résistance finale du joint (Centre Technique du Bois 1973). Celle-ci permet le serrage des joints en forçant les entures les unes contre les autres afin de provoquer leur ancrage mutuel (Raknes 1982). L'information dans la littérature sur la quantité et la durée de la pression pour former des joints résistants est confuse et parfois contradictoire. Strickler (1980), par exemple, a recommandé des pressions de 28 kg/cm2 sur la section transversale des pièces pour la plupart de résineux. Par ailleurs Turgeon (1981) mentionne que cette pression se situe entre 28 et 56 kg/cm2 pour les bois mous (S-P-E) et entre 42 et 70 kg/cm2 pour le sapin douglas et le mélèze. On observe alors une tendance à augmenter la pression tant que le bois peut se tenir sans dommage. Turgeon (1981) mentionne qu'à mesure que la longueur des entures est augmentée, la pression finale doit être réduite pour éviter leur endommagement. Ceci se reflète dans la norme allemande DIN 68140 qui précise des minimums de 120 kg/cm2 pour des longueurs d'entures de 10 mm et de 20 kg/cm2 pour des longueurs d'entures de 60 mm. En aucun cas cette pression ne doit être inférieure à 10 kg/cm2 (Jokerst 1981).

Les différents procédés d'aboutage se distinguent par la méthode employée pour durcir le joint de colle. Si la méthode est à froid, la colle durcit à la température ambiante, sans apport de chaleur supplémentaire (Turgeon 1981). La méthode à froid est applicable aux conditions canadiennes en y incorporant un préchauffage des entures, cependant, celle-ci ne permet qu'un taux de production relativement bas, c'est-à-dire de 3 à 10 joints par minute (Turgeon 1981). Une méthode à l'aide d'un champ à haute fréquence (HF) est plus utilisée puisqu'elle permet un durcissage très rapide de la colle, avec un taux de production de 30 joints et plus par minute (37 à 40 metres linéaires par minute en utilisant des longueurs de 1,2 metres) (Turgeon 1981).

Le chauffage à haute fréquence consiste en la création d'un champ à HF (1 à 20 MHz) entre deux plaques d'un condensateur (les électrodes) et le bois à chauffer qui est l'isolant (ou diélectrique). On réalise ainsi un chauffage uniforme et très rapide du joint de colle. Le champ à HF passe par la zone la plus conductrice, c'est-à-dire l'adhésif, à condition que le bois lui-même ait une teneur en humidité inférieure à 14%. Sinon il y aura risque qu'une partie de l'énergie aille plutôt vers les régions à haute teneur en humidité (Centre Technique du Bois 1973).

Le chauffage du bois est appliqué pour accélérer le durcissement de l'adhésif et donner un meilleur rythme de production en assurant le collage (Raknes 1982). Frölom (1975) mentionne que plusieurs entreprises utilisent la méthode de chauffage par haute-fréquence et aussi la méthode par plaques chauffantes. Cependant, Raknes (1982) indique que la technique des plaques chauffantes n'est presque pas utilisée car les périodes de pressage sont très longues (20 à 30 secondes), ce qui retarde la production.

Le procédé d'usinage du bois a besoin d'une attention spéciale car plusieurs facteurs peuvent affecter la performance des produits de bois abouté. Les paramètres d'usinage tels que l'avance par couteau et la vitesse de coupe sont parmi ceux qui peuvent affecter le procédé et la qualité du produit.

L'usinage de bois abouté est généralement fait en suivant les recommandations données par les fabricants des outils et des machines. Un mauvais aboutage et un arrachement excessif du bois peuvent survenir si les conditions de coupe ne sont pas adéquates (vitesse de coupe trop élevée, avance par couteau faible, couteaux émoussés, mauvais angle d'attaque, etc.) (ACEco 2000). Un usinage soigneux est essentiel afin d'obtenir une bonne qualité de la surface des entures afin d'assurer une application adéquate de colle.

La vitesse de coupe est la vitesse avec laquelle les couteaux passent à travers le bois et elle peut être exprimée comme suit:

où:

V = Vitesse de coupe (m/min)

D = Diamètre du cercle de coupe du porte-outil (mm) (figure 5)

N = Vitesse de rotation (tr/min)

La vitesse de coupe a une importance déterminante sur la durée de vie des outils. Une augmentation de la vitesse de coupe génère une plus haute température de coupe et entraîne une réduction de la durée de vie des outils. La vitesse de coupe est alors limitée par la dureté du matériau à usiner et par la qualité du métal constituant l'arête de coupe de l'outil.

Par ailleurs, l'angle d'attaque dégage les copeaux et conditionne la pénétration de l'arête tranchante dans le bois (figure 1.5). Avec un angle d'attaque très élevé, le dégagement du

Figure 1. 5. Terminologie principale du porte-outil (d'après ACEco 2000).

couteau sera insuffisant ce qui causera un frottement élevé. Ce frottement engendre de la chaleur qui provoque l'usure de l'outil. De plus, le diamètre du cercle de coupe augmentera ce qui fera que les couteaux couperont excessivement. D'autre part, un angle d'attaque faible provoquera un effort important à la pénétration de l'arête tranchante dans le bois ce qui amènera une augmentation de la pression sur l'outil ainsi que son usure. Le diamètre du cercle de coupe diminuera en provoquant un arrachement excessif du bois.

D'autre part, l'avance par couteau est la quantité de matériel enlevé par chaque couteau pour un tour de l'axe. Le calcul de l'avance par couteau permet de déterminer si les couteaux sont trop sollicités dans les porte-outils et de fournir une référence sur la quantité de la force qui est appliquée à partir de chaque couteau sur le bois lui-même. À mesure que l'avance par couteau augmente, les couteaux font augmenter la pression et la chaleur exercées sur le bois. Ces deux facteurs augmentent la vitesse de l'usure sur la face de coupe des couteaux réduisant ainsi le délai entre les affûtages. Un accroissement de l'avance par couteau contribuera également à un excès de bois arraché en raison de la pression élevée exercée par l'outil. À mesure que l'avance par couteau diminue, la pression exercée par l'outil va diminuer et généralement la chaleur aussi. Si l'avance par couteau est trop faible, les couteaux frotteront davantage et couperont moins efficacement. Ce frottement excessif fait que l'affûtage de l'arête tranchante se perd prématurément et peut causer assez de brûlures au bois en empêchant la pénétration de la colle. D'ailleurs, ce frottement exigera aussi des énergies de coupe importantes. La détermination de l'avance par couteau peut être exprimée selon la formule que suit (ACEco Precision Wood Tooling 2000):

où:

A = vitesse d'avance

n = nombre de couteaux

N = vitesse de rotation (tr/min)

Les avances par couteau peuvent être comparées si la longueur et la géométrie du joint sont égales. De plus grandes longueurs des entures enlèveront une plus grande zone de bois comparé à la même avance par couteau d'un joint plus court. ACEco Precision Wood Tooling (2000) recommande d’une part des avances par couteau entre 0,38 mm et 0,53 mm pour assurer une vie optimale à l'outil. Wisconsin Knife Works (2000) recommande d’autre part une valeur de 0,50 mm.

Par ailleurs, pour produire un bon joint, de bonnes surfaces devraient être usinées, exemptes de fil arraché ou de marques de couteau, et d'autres irrégularités de surface (Selbo 1975 b). Des surfaces endommagées ont été associées à une performance inférieure de joints collés (River et Miniutti 1975, Murmanis et al . 1986, Reeb et al. 1998 et Kutscha et Caster 1997).

Peu d'information est disponible quant à l'effet des paramètres d'usinage du bois sur l'aboutage par entures multiples. Reeb et al . (1998) ont travaillé sur la qualité de bois abouté après 4, 6 et 32 heures d'usure des couteaux. Les résultats ont montré qu'à mesure que l'usure des couteaux augmente, la quantité de cellules écrasées, la rugosité et les surfaces irrégulières augmentent également. L'utilisation de couteaux appropriés est très importante dans la fabrication du profil des bouts. Selon Turgeon (1981), des couteaux peuvent servir pendant huit heures pour les épinettes et le sapin, et quatre heures avec le sapin douglas et le mélèze. Par ailleurs, Fröblom (1975), a remarqué que les erreurs les plus courantes chez les industriels du bois abouté étaient de profiler les blocs avec des outils désaffûtés, de commettre des erreurs lors de l'affûtage, de faire une mauvaise installation des couteaux et de générer un ancrage déficient des pièces.

Collins et Walford (1998) ont étudié les effets de la vitesse d'avance et de coupe ainsi que des marques de couteaux sur la qualité du bois abouté de pin radiata. Les résultats ont montré que les paramètres d'usinage avaient peu d'effet sur la résistance mécanique du joint. D'autre part, d'après un sondage effectué dans cinq usines d'aboutage de bois de l'Est du Canada, il a été constaté que diverses conditions d'avance par couteau et de vitesse de coupe étaient utilisées (ANNEXE A). Il n'y avait pas un consensus sur les meilleurs paramètres pour abouter le bois d'épinette noire. L'évaluation de l'effet de la vitesse de coupe et de l'avance par couteau sur le bois d'épinette noire fut donc considérée nécessaire dans le cadre de notre étude.

Pour entraîner une pression de contact uniforme et pour obtenir des performances mécaniques élevées, les surfaces doivent être planes et sans arrachement. L'état de la surface a une grande influence sur les échanges interfaciaux entre les adhésifs et les substrats soit l'absorption et l'adsorption (étalement), l'épaisseur et la régularité d'épaisseur de l'union (Centre technique du bois et de l'ameublement 1991). Un mauvais usinage a pour résultat d'engendrer des surfaces rugueuses avec des dommages aux fibres du bois. Les surfaces rugueuses et endommagées limiteront le mouvement de l'adhésif lors de son application, ce qui forme une faible couche d'assemblage. Ceci a pour résultat de générer des joints de basses performances mécaniques. Sans contredit, une surface adéquate sans dommage est essentielle pour obtenir de bonne performance mécanique. Cet objectif exige que les couteaux soient correctement affûtés et bien entretenus (Sellers et al. 1988). En conséquence, l'influence des paramètres d'usinage sur la qualité du joint est un aspect primordial à considérer dans l'optimisation de l'aboutage du bois.

Plusieurs études ont été effectuées afin d'évaluer la qualité de la surface obtenue suite à l'utilisation de différents procédés d'usinage (River et Miniutti 1975, Stewart et Crist 1982, Caster et al . 1985, Murmanis et al. 1986, Stehr et Östlund 2000). Caster et al . (1985) ont évalué l'aptitude des surfaces du bois poncé à former de lignes de colle résistantes. Le bois de sapin Douglas et de pins du sud a eu une résistance au cisaillement très faible après un vieillissement sous l'eau bouillante. Les analyses microscopiques ont montré qu'une grande surface de cellules endommagées fut produite par le procédé de ponçage. Stewart et Crist (1982) ont aussi aperçu un endommagement important des cellules suite au ponçage et au rabotage du bois. Murmanis et al. (1986) ont examiné la qualité de la surface de bois poncés avec différentes conditions de vitesses d'avance et de profondeurs de coupe ainsi qu’avec de dimensions variables de grain abrasif. Les résultats ont montré que la grandeur du grain abrasif, la structure du bois et la masse volumique semblent affecter beaucoup plus la profondeur et le type de dommage que la vitesse d'avance et la profondeur de coupe. De plus, le dommage des cellules était plus important chez le bois initial. Par ailleurs, River et Miniutti (1975) ont aussi examiné des surfaces obtenues par trois méthodes d'usinage, soit le dégauchissage, le rabotage et le sciage. L'endommagement était plus faible pour les surfaces dégauchies, moyen pour les surfaces rabotées, et plus important pour les surfaces sciées.

Kutscha et Caster (1987) ont évalué, sous microscope, les caractéristiques associées au bois abouté de pruche-sapin qui peuvent expliquer une faible résistance mécanique. L'endommagement de cellules fut plus souvent produit sur le bois initial que sur le bois final. Cependant, il est possible qu'une pression de vapeur élevée causée par la presse à haute fréquence, plutôt que l'usinage des entures, puisse expliquer le dommage de cellules. Ayarkwa et al. (2000b) ont évalué la performance mécanique des joints à entures multiples de trois bois tropicaux. Ils ont aussi utilisé la technique d'analyse par microscope électronique pour observer la surface des joints collés cherchant des explications au niveau de la performance mécanique pour ces trois bois. Les résultats ont montré de bonnes performances mécaniques chez les espèces obeche et makore. Le lumen de cellules près de la surface de ces espèces étaient remplis d'adhésif. La performance du bois de maobi a été plus faible, ce qui a été expliqué par une mauvaise pénétration de l'adhésif dans les cellules.

La plupart des auteurs mentionnés précédemment soulignent qu'une surface endommagée est associée à une faible performance du bois collé. En conséquence, l'analyse microscopique des surfaces collées peut constituer un bon critère pour quantifier le dommage des cellules et analyser par le fait même la qualité des joints à entures multiples.

Plusieurs auteurs ont travaillé avec la technique des éléments finis pour évaluer la performance du bois abouté (Leitchi 1988, Qu et Fan 1988, Pellicane et Moody 1988, Pellicane 1994, Pellicane et al. 1994, Smardzewski 1996, Serrano 1997, Serrano et Gustafsson 1997). En général, leurs conclusions ont été similaires à celles obtenues par des études expérimentales. La technique des éléments finis a été conçue pour la modélisation et la simulation numérique. Cette technique consiste à proposer un modèle numérique de base, lequel est raffiné par la suite par des essais expérimentaux et finalement validé. La méthode des éléments finis permet de résoudre des problèmes de physique et de mécanique où des équations différentielles avec conditions aux limites sont utilisées.

Par ailleurs, Sandoz et al. (1994) ont utilisé la technique de l'holographie pour enregistrer et reproduire des images en trois dimensions en utilisant les interférences de deux faisceaux laser. Les images holographiques des modèles de déformation des bouts de joints testés à la traction ont montré divers effets négatifs sur la résistance mécanique du bois abouté. Pellicane et al. (1995) ont utilisé une méthode de photographie optique pour mesurer la distribution de contraintes sur le bois abouté et ils ont trouvé que la méthode a été jugée adéquate.

Par ailleurs, Hernández (1998) a utilisé la technique d'interférométrie de Moiré pour caractériser la distribution de contraintes sur le bois abouté. L'interférométrie de Moiré a été employée pour obtenir les modèles des franges de l’échantillon de bois abouté soumis à la traction. D'après les modèles de franges de Moiré, les contraintes longitudinales, transversales et de cisaillement ont été calculées dans divers endroits du profil de joint. Des contraintes ont été observées près des extrémités des joints. Celles de cisaillement ont aussi été observées à travers la ligne de colle.

Ayarkwa et al. (2001a, 2001b) ont travaillé avec des émissions acoustiques pour prédire la contrainte maximale en traction longitudinale (UTS) et le module de rupture en flexion du bois abouté de trois espèces africaines. Les émissions acoustiques générées durant les essais de traction et flexion ont montré des résultats différent selon le type de profil du joint et selon l'espèce utilisée. Ils ont donc constaté que c'est une technique non destructive utile pour la prédiction de la résistance de l'UTS et du module de rupture de ces trois espèces de bois.

Au Québec, 85% du bois utilisé pour la fabrication de poutrelles en I est de l'épinette noire (Ménard 2000). Celles-ci sont formées de semelles en bois abouté, en haut et en bas, avec une âme en panneau (OSB ou contreplaqué). Les poutrelles en I permettent une utilisation rationnelle de la matière première, surtout en flexion. Les semelles ainsi, vont être sollicitées soit en compression ou en traction. La contrainte de traction maximale se produit sur le côté convexe de la poutre, soit sur la semelle inférieure alors que la contrainte de compression maximale se retrouve sur la face concave de la poutre, soit la semelle supérieure. Ces deux semelles équilibrent le moment fléchissant. Par ailleurs, une fibre intermédiaire, dite "fibre neutre", ne subit pas de changement. Les contraintes normales sont concentrées dans les semelles, tandis que l'âme supporte la quasi-totalité du cisaillement (Samson 1980, Leitchi et al. 1990, Ménard 2000), (Figures 1.6 et 1.7). Les semelles sont assemblées longitudinalement par des entures multiples. Il arrive que la semelle tendue rompe en traction au niveau des joints d'aboutage. Ainsi le point critique d'une poutrelle est en général la semelle inférieure (Samson 1980, Leitchi et al. 1990, Ménard 2000).

Les semelles sont très sensibles aux joints défaillants et globalement, ce type de contact est un compromis entre le collage, l'usinage du bois et les conditions d'application et de prise de la colle. Le joint de colle présente deux types de contraintes, soit le cisaillement dans le plan de collage (τ) et la traction perpendiculaire ou transversale du plan de collage (σT⊥), (Figure 1.8). Selbo (1963) a suggéré, pour obtenir des résistances mécaniques maximales, qu'une grande zone d'union collée et des entures minces soient exigées afin de développer une résistance au cisaillement élevée. De cette manière, la résistance mécanique de l'aboutage dépendra de la résistance au cisaillement parallèle au grain de pièces aboutées.

Ainsi, le comportement à la traction de la semelle et le cisaillement de l'épinette noire au niveau du collage sont des aspects à prendre en compte lorsque des performances mécaniques établies par les normes sont exigées.

L'évaluation du produit est réalisée autant pour le joint que pour le bois La commission nationale de classification de sciages (NLGA) propose les normes SPS-1-2000 (National Lumber Grades Authority 2000b), pour le bois jointé à usage structural, où toutes les pièces sont soumises aux épreuves de flexion et de traction, et propose aussi la norme SPS-3-2000 (National Lumber Grades Authority 2000c), pour le bois abouté en colombages à usage vertical seulement, où les pièces sont soumises aux épreuves de flexion. Par ailleurs, la norme SPS-4 (2001) (National Lumber Grades Authority 2001) s'applique aux semelles de poutrelles de bois abouté classées mécaniquement (MSR) et la norme SPS-5 (2003) pour les colombages verticaux de bois lamellé-collé et abouté.

La norme NLGA (National Lumber Grades Authority 2001a), qui établit des règles

Figure 1. 6. Schéma d'une semelle soumise à une contrainte de compression en haut et à une contrainte de traction en bas.

Figure 1. 7. Distribution des contraintes et des déformations dues au moment de flexion en comportement élastique d'une poutre à âme mince symétrique, où les semelles sont affectées par la compression en haut et par la traction en bas. (adapté de Samson 1980, Leitchi et al. 1990 et Ménard 2000).

Figure 1. 8. Décomposition des efforts sur la surface de collage d'une enture. (adapté de Bergeron et al. 1979, Sandoz 1984 et Ménard 2000).

de classification pour le bois d'œuvre canadien, fournit les exigences de classification visuelle et donne les dimensions maximales, les caractéristiques permises de nœuds, de fentes, l'inclination du fil, la flache, le gauchissement, etc.

L'évaluation de la performance du bois abouté d'épinette noire pour usage structural au moyen d’un essai de traction est adéquate, car cette propriété est indicative d'un bon collage et simultanément de la résistance de la pièce collée.

Lorsque les contraintes normales à l'une des directions d'orthotropie atteignent la valeur limite, la rupture du matériau se produit. Comme il a été dit précédemment, dans la semelle, la contrainte de traction maximale se produit sur le côté convexe de la poutre (semelle inférieure) et la contrainte de compression maximale se retrouve sur la face concave de la poutre (semelle supérieure). C'est pourquoi la rupture en flexion risque de s'amorcer en traction ou en compression (Ménard 2000).

Bodig et Jayne (1982) et Jessome (2000), présentent les résultats de propriétés mécaniques de l'épinette noire (tableaux 1.2 et 1.3). Les propriétés mécaniques évaluées au Canada par Jessome (2000) sont légèrement supérieures à celles publiées par Bodig et Jayne (1982). Cette différence peut être attribuée aux caractéristiques de l'endroit où l'arbre croît ce qui fait que la masse volumique de l'épinette noire du Canada soit plus grande que celle de l'épinette noire des États-Unis. Malheureusement, ni Bodig et Jayne (1982), ni Jessome (2000) n'ont donné de valeurs de résistance en traction parallèle. Barrett et Lau (1994) ont présenté les propriétés mécaniques des colombages du groupe de bois sapin-épinette-pin en fonction de la qualité (tableau 1.4). Les données mentionnées par Barrett et Lau (1994) ne font pas mention des colombages de 2x3 et en plus, les auteurs ont mentionné des valeurs de résistance à la traction à la rupture (UTS) pour les bois sapin-épinette-pin et non pour l'espèce de l'épinette noire seulement.

La norme SPS-1 (National Lumber Grades Authority. 2000b) donne les exigences

relatives aux tests de flexion et de traction pour le bois structural abouté (Tableau 1.5). La norme exige que les tests se fassent sur au moins 20 échantillons de rive et 20 échantillons à plat pour les essais en flexion et 20 échantillons pour les essais en traction.

Par ailleurs, les normes ASTM D 4688 et SPS-4 (2001) (National Lumber Grades Authority 2001) présentent six modes de rupture qui peuvent affecter les joint à entures multiples (Figure 1.9). Selon ces normes, les modes de rupture 1 et 2 sont ceux liés à la performance de l'adhésif. Pour le mode de rupture 1, la rupture est observée tout au long de la surface de collage du profil avec peu de bris dans la fibre de bois (moins de 70%). Pour le mode de rupture 2, la rupture se produit tout au long de la surface de collage du profil aussi, mais avec un bon bris de cisaillement du bois (bris du bois > 70%). Le mode de rupture 3 se produit principalement dans la zone du joint. Quelques ruptures du bois à la racine et/ou à la pointe des entures, sont produites tout au long de la surface de collage. Le mode de rupture 4, survient principalement sur les racines et/ou bouts des entures. Dans le mode de rupture 5 le bris commence dans le joint et continue à l'extérieur de celui-ci (essentiellement 100% de bris du bois). Avec le mode 6, le bris survient complètement à l'extérieur du joint, alors il n'est pas influencé par la présence du joint. Les modes 3 à 6 sont indicatifs d'une rupture au niveau du bois, ce qui nous permettre d'établir qu'il n'y a pas un problème par rapport au collage du bois. Cependant, il faut éviter de considérer le mode de rupture 6 lors de l'évaluation de la performance mécanique des joints parce que ce serait le signe de la présence d'un défaut majeur dans le bois et donc la rupture ne serait pas contrôlée par le joint lui-même. Le mode de rupture à la traction pour le joint abouté est donc un critère important parce qu'il est indicatif d'un collage adéquat. Par ailleurs, l'adhérence au substrat est le problème le plus critique dans la technologie des adhésifs (Kinloch 1987). L'adhérence est essentielle pour le succès de bons liens. Cependant, en pratique, on note habituellement que lorsque les joints ont été bien faits, ils peuvent également se briser. La rupture peut avoir lieu autant dans le bois massif que dans la colle elle-même (amorce dans le joint de colle due à une bulle ou à une microfissure) (Kinloch 1987, Pizzi et Mittal 1994).

Figure 1. 9. Différents modes de bris du bois abouté. (D'après ASTM D-4688 et SPS4-2001).