CONCLUSION GÉNÉRALE

L'objectif de cette étude était d'identifier, d'évaluer et d'optimiser le procédé de fabrication des joints à entures multiples de type structural du l'épinette noire ( Picea mariana (Mill.) B.S.P.). Un sondage auprès des principales usines de bois abouté de l'Est du Canada a été réalisé pour identifier les paramètres les plus importants qui affectent la fabrication d'assemblages par entures multiples. Les paramètres choisis furent le type de configuration de joints, le temps de durcissement de l'adhésif, la pression appliquée lors du jointage, la température du bois, sa teneur en humidité et les différentes conditions d'usinage.

Un adhésif de type isocyanate ISOSET UX-100 mélangé avec une émulsion de polymère ISOSET WD3-A322 a été utilisé pour le collage de blocs avec les entures multiples.

L'évaluation du comportement structural des joints à entures multiples fabriqués selon les différentes conditions des essais a été réalisée au moyen de la contrainte maximale en traction longitudinale (UTS). De plus, l’effet de la configuration de joints fut également évalué au moyen du module de rupture (MOR) en flexion statique. Tous les essais de bois jointé à entures multiples ont été évalués selon les exigences prescrites dans la norme de produits spéciaux NLGA pour le bois de charpente jointé SPS-1. À titre indicatif, l'évaluation du type de rupture en traction a été également constatée d'après la norme ASTM D-4688.

Des essais sur l'influence de la teneur en humidité et de la température du bois avant l'usinage et le collage du bois ont été effectués. Des groupes de blocs de bois ont été conditionnés à des teneurs en humidité de 12%, 17% et 20% H. Vingt-quatre heures avant l'usinage et collage, la température des blocs a été amenée à -5oC, 5oC, 12oC ou 20°C. Un total de dix combinaisons de teneur en humidité et de température du bois, au moment de l'usinage et du collage, ont été étudiées. On retient essentiellement de cette partie de l’étude que les conditions de température et de teneur en humidité au moment de l'usinage et du collage affectent la performance mécanique du bois abouté d'épinette noire. Le bois abouté et collé à -5oC a montré la plus basse résistance à la rupture en traction longitudinale. Le comportement mécanique des joints collés à des températures de 5°C, 12°C et 20°C fut semblable. Par ailleurs, l'effet de la teneur en humidité sur l'aboutage du bois d'épinette noire s'est avéré peu concluant. Ainsi, la résistance mécanique des joints a augmenté à mesure que la teneur en humidité diminuait de 20% à 12%. Cependant, ce comportement ne fut observé qu'à une seule température (20°C) parmi les quatre étudiées. La résistance mécanique des joints obtenue sous les différentes conditions d'essai a largement dépassé les exigences de la norme NLGA SPS-1.

D’autre part, l'étude bibliographique montra que peu d'information est disponible quant à l'effet de la forme et de la géométrie des joints à entures multiples sur la performance structurale du bois de l'épinette noire. C'est pourquoi une partie de cette recherche fut consacrée à l'évaluation de la performance mécanique du bois abouté de cette espèce avec trois types de formes de joints: sans épaulement, mâle-femelle et inversée. Un essai de flexion et un autre de traction ont été appliqués lors de l'évaluation de la performance mécanique. Les résultats de ces analyses ont permis de démontrer que les trois types de configurations ont eu un très bon comportement mécanique et que les valeurs de résistance ont dépassé celles requises par la norme canadienne SPS-1 pour bois abouté d'épinette noire à usage structural. La résistance à la flexion fut cependant significativement différente entre les trois types de joints. Une tendance similaire a été observée lors des essais en traction, bien que les différences ne furent pas statistiquement significatives. L'analyse a également indiqué que les joints sans épaulement se comportent mieux que les joints mâle-femelle et les joints inversés et cela pour les joints de type horizontal. Cette différence fut due principalement à la plus grande proportion de surface de collage et à la non-existence des épaulements dans ce profil comparé avec les deux autres types de configurations.

Par ailleurs, un autre volet de cette recherche fut consacré à évaluer l'effet du temps de durcissement de l'adhésif et de la pression d'assemblage des joints à entures multiples sur la résistance en traction longitudinale. Un adhésif de type isocyanate, durci à la température de la pièce, et une configuration de joint de type sans épaulement ont été employés. Quatre durées de durcissement (1, 2, 5, et 24 heures) et six pressions d'assemblage s'étendant de 1,38 MPa à 4,82 MPa ont été évaluées. Les résultats ont démontré que le temps de durcissement et la pression d'assemblage ont eu un effet sur la performance mécanique des joints structuraux à entures multiples. Après 5 heures du temps de durcissement de l'adhésif les joints à entures multiples d'épinette noire peuvent atteindre plus de 90% de la résistance à la rupture en traction longitudinale (UTS) de référence, obtenue à 24 heures de temps de durcissement. La meilleure performance mécanique du bois abouté d'épinette noire a été obtenue avec une pression d'assemblage de 3,43 MPa (498 psi). L'application alors des pressions beaucoup plus élevées ou plus basses peux provoquer une résistance inférieure à la traction.

L'originalité de la thèse réside dans l'étude des paramètres d'usinage sur la performance mécanique du bois abouté structural d'épinette noire. Une première partie de ce volet de recherche a consisté en des essais préliminaires. Les paramètres étudiés ont été l'avance par couteau et la vitesse de coupe. La deuxième partie de ce même volet a été consacré à l'optimisation de ces mêmes paramètres, en utilisant un plus grand nombre de répétitions. Trois vitesses d'avance (1676 m/min, 2932 m/min et 3770 m/min) et trois avances par couteau (0,64 mm; 0,86 mm et 1,14 mm) furent étudiés. Une évaluation par microscope électronique a été aussi effectuée afin de quantifier le dommage aux cellules produit par l'usinage des entures. On retient essentiellement de cette partie de l’étude que les paramètres d'usinage tels que la vitesse de coupe et de l'avance par couteau ont un effet sur la contrainte maximale à la rupture en traction longitudinale (UTS) du bois abouté d’épinette noire. La vitesse de coupe affecte de façon plus importante la résistance en traction que l'avance par couteau. L'effet de l'avance par couteau s'est manifesté seulement à 1676 m/min de vitesse de coupe, où la UTS était plus élevée à une avance par couteau de 0,86 mm qu'à 0,64 mm et 1,14 mm.

L'étude des paramètres d'usinage sur la performance mécanique du bois abouté structural d'épinette noire a permis alors de détecter certaines zones plus favorables d'opération. En général, des basses résistances à la rupture en traction longitudinale (UTS) ont été associées avec des vitesses de coupe élevées (3770 m/min). Des valeurs assez élevées d'UTS ont été atteintes entre 1676 m/min et 2932 m/min de vitesse de coupe et une avance par couteau entre 0,64 mm et 1,14 mm. Il est alors déconseillé d'usiner les entures du bois d'épinette noire avec des vitesses de coupe plus élevées que 2932 m/min. Par ailleurs, l'UTS la plus élevée a été obtenue lorsque les entures ont été usinées à une avance par couteau de 0,86 mm à 1676 m/min de vitesse de coupe. Cependant, il faut considérer également la productivité du procédé. Une vitesse de coupe de 2932 m/min et d'une avance par couteau de 0,64 mm permettrait d'augmenter 30% la vitesse d'avance tout en obtenant une résistance à la rupture en traction longitudinale similaire qu'un procédé à 1676 m/min de vitesse de coupe et 0,86 mm d’avance par couteau. Cette condition peut alors être considérée comme étant optimale lors de l'aboutage du bois d'épinette noire. Ces résultats représentent la plus importante conclusion de cette étude.

L'analyse qualitative et quantitative par microscopie électronique a constitué un autre aspect original de cette étude. Ceci a permis de confirmer l'effet du paramètre de vitesse de coupe sur l'endommagement des cellules et son association avec une faible performance mécanique des joints à entures multiples.

En général, le bois abouté d'épinette noire a eu une très bonne performance mécanique lorsqu'il a été collé avec un adhésif de type isocyanate. Les résistances mécaniques à la flexion et en traction obtenues lors des différents essais ont dépassé les spécifications requises dans la norme SPS-1 2000.

En ce qui concerne l'évaluation du type de rupture en traction, on a constaté que dans tous les cas étudiés, plus de 80% des échantillons ont eu une rupture de type 3 ou 4. Ces types de ruptures confirment qu'il n'y a pas eu de rupture provoquée par un mauvais collage.

Les retombées immédiates de cette recherche sont surtout liées à une meilleure compréhension du comportement du bois d'épinette noire dans le procédé d'aboutage et ne pourra que favoriser le développement de ce type d'application. Les évaluations et les optimisations obtenues dans le cadre de cette étude peuvent servir comme facteurs d'estimation de la performance mécanique de bois abouté de cette espèce.

Ce travail a mis en évidence la variabilité du procédé d'aboutage du bois de l'espèce d'épinette noire. Cependant, globalement, on peut retenir qu'en contrôlant le plus possible les variables qui affectent le procédé d'aboutage, de bonnes performances mécaniques peuvent être obtenues à partir du bois d'épinette noire. Les recherches entreprises sur ce procédé devraient toutefois être poursuives afin d'éclaircir certains points. Par exemple, une étude approfondie utilisant notamment des techniques de réduction de la variance mérite d'être réalisée par l'évaluation de l'effet de la température et de la teneur en humidité dans les bois à entures multiples ce qui devrait aider à trouver des tendances quant à la performance mécanique des joints. De plus, cette recherche devrait être complétée par l'exploration de vitesses de coupe plus basses que celles évaluées ce qui permettrait d'apprécier et d'éclaircir la performance mécanique du bois abouté d'épinette noire dans cette zone d'usinage. Par ailleurs, afin de compléter les résultats de cette recherche, une étude de l'effet de l'usure des couteaux sur la performance mécanique de joints à entures multiples d'épinette noire est également nécessaire. La variation des angles d'attaque, des diamètres de cercle de coupe et d'autres facteurs méritent être également considérés. Étant donné l'obtention des paramètres optimaux dans les conditions de cette étude, une validation de tous les paramètres optimisés d'usinage mérite d'être complétée au niveau industriel. De plus, vu le caractère prometteur de ce procédé et de cet adhésif, une étude de faisabilité économique devrait être entreprise sur une base industrielle de façon à vérifier la possibilité de faire concurrence à d'autres adhésifs. Finalement, d'autres études peuvent également se concentrer sur l'évaluation de la demande de puissance et de consommation d'énergie dans ce procédé. Certaines questions pourraient être approfondies dans des études intégrant une autre démarche de recherche telle que l'évaluation de la performance mécanique de joints à entures multiples par des méthodes d'évaluation non destructives.