Table des matières

Le but de cette thèse fut d'optimiser le procédé d'aboutage par entures multiples du bois d'épinette noire. L'approche développée propose une méthodologie basée sur l'optimisation des paramètres de procédé dans les différentes étapes de l'aboutage soit l'effet de la forme et géométrie des joints, l'effet de la pression et temps de durcissement de l'adhésif, l'effet de la température et de la teneur en humidité du bois et les effets de la vitesse de coupe et de l'avance par couteau. Les variables étudiées ont été choisies suite à un sondage effectué dans cinq usines de bois abouté du Québec. La méthodologie adoptée a considéré des essais préliminaires et des essais d'optimisation du procédé. La thèse fournit de l'information sur des paramètres optimisés de l'aboutage du bois de l'épinette noire, inconnus jusqu'à aujourd'hui.

Le but de cette recherche était l'optimisation du procédé d'aboutage par entures multiples du bois d'épinette noire ( Picea mariana (Mill.) B.S.P.). Les effets de la configuration du joint (sans épaulement, mâle -femelle et inversée), de la température et de la teneur en humidité du bois, des variables de pression d'assemblage et du temps de durcissement de l'adhésif, ainsi que celui des paramètres d'usinage du bois (avance par couteaux et vitesse de coupe) sur la performance mécanique de joints à entures multiples ont été étudiés et optimisés. Un adhésif de type isocyanate a été utilisé pour toutes les évaluations. Les résultats de l'évaluation des configurations ont montré que le profil sans épaulement a eu une plus haute performance mécanique par rapport à la configuration mâle-femelle et à la configuration inversée. Par ailleurs, l'évaluation de l'effet de la teneur en humidité sur la performance mécanique en traction s'est avérée peu concluante. Cependant, l'évaluation de l'effet de la température du bois sur la résistance à la rupture en traction longitudinale a permis de montrer qu'à -5°C il y a un effet négatif sur la performance mécanique. En ce qui concerne l'effet de la pression et le temps de durcissement de l'adhésif sur la performance mécanique en traction, les résultats ont indiqué que ces deux facteurs affectent significativement la résistance à la rupture en traction longitudinale. Les analyses ont indiqué que l'épinette noire aboutée a une performance mécanique plus élevée à 3,43 MPa (498 psi). Finalement, les résultats obtenus pour l'évaluation des paramètres d'usinage ont permis de détecter certaines zones 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 vitessse de coupe et des avances 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 l'utilisation d'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. Cette condition peut alors être considérée comment optimale lors de l'aboutage du bois d'épinette noire. Par ailleurs, l'analyse microscopique des cellules endommagées a confirmé l'effet de la vitesse de coupe sur le procédé d'aboutage du bois. En général, le dommage des cellules à la surface a été plus important à mesure que la vitesse de coupe augmentait. Les résultats de cette recherche permettront aux entreprises de mieux comprendre le procédé d'aboutage du bois d'épinette noire, en leur offrant des outils qui les aideront à prendre des décisions éclairées quant à la fabrication du bois abouté de cette espèce. Ce travail fournit plusieurs contributions importantes pour le domaine du procédé de l'aboutage. Des recherches supplémentaires peuvent être envisagées. La méthode utilisée dans cette recherche est applicable à d'autres espèces.

In Eastern Canada, black spruce ( Picea mariana (Mill.) B.S.P.) has recently been introduced to finger-joined wood products. While there is a growing economic importance of the species in such applications, little information is available on the manufacturing parameters that influence the finger-jointing process for this species. The purpose of this work was to optimize the finger-jointing process of black spruce wood. Various parameters associated with the finger-jointing process were evaluated. Those included the following: finger-joint configurations, curing time and end-pressure, wood temperature and moisture content and wood machining parameters. Isocyanate adhesive was used for all types of evaluations. Results from configurations evaluation indicated that the feather configuration performs better than male-female and reverse profiles, especially for horizontal structural joints. The effect of moisture content on the mechanical performance of joined black spruce wood was not very conclusive. However, the experiment on wood temperature showed the lowest tensile strength at -5°C. Results on the effect of pressure and curing time showed that curing time and end-pressure have a statistically significant influence on the performance of structural finger-joints. Analysis indicated that finger-joined black spruce has the best performance at an end-pressure of 3.43 MPa (498 psi). For wood machining parameters, results indicated that suitable finger-jointing in black spruce could be achieved within a range of 1676 m/min (5498 feet/min) and 2932 m/min (9621 feet/min) of cutting speed and between 0.86 mm and 1.14 mm of chip-load. The microscopical analysis of damaged cells confirmed the effect of cutting speed on the finger-jointing process. In general, depth of damage was more severe as cutting speed increased. Results obtained in this research could help mills to optimize the process and improve the mechanical performance of finger-joined black spruce product.

Habituellement la thèse de doctorat est considérée un projet essentiellement individuel. Cependant, il ne faudrait pas oublier que sans les supports de plusieurs personnes et de nombreux encouragements des proches peu de personnes rendraient leur projet à terme. Il me fait donc le plaisir de souligner la participation de tous ceux et celles qui ont contribué d'une manière ou d'une autre à la réalisation de cette thèse.

Je voudrais exprimer mes remerciements envers mon Directeur de recherche M. Roger Hernández, pour son implication, pour ses suggestions pertinentes et son aide dans la rédaction des articles, pour ses conseils et son aide dans la réalisation de ce projet.

Je voudrais également à exprimer ma reconnaissance à M. Robert Beauregard, co-directeur de recherche, pour avoir dirigé mes travaux avec beaucoup de disponibilité et d'intérêt. J'ai particulièrement apprécié la pertinence de ses conseils et ses commentaires, toujours judicieux et rigoureux et ses encouragements à entreprendre et à mener à terme cette thèse.

Je tiens aussi à remercier à M. Mohammad Mohammad, deuxième co-directeur de recherche qui a apporté tout le support technique et son appui lors de l'exécution de ce travail chez Forintek.

Ma gratitude aussi envers l'Organisation des États Américains (OEA), organisme boursier, pour le soutien financier pendant deux années de mon doctorat. Merci également à l'Université du Bío-Bío du Chili, qui m'a donné tout son appui lors de mon perfectionnement à l'Université Laval en soutenant mon poste de travail au Chili et aussi l'appui financier.

Je tiens à remercier M. Luc Germain et M. Samuel Marquis, techniciens au Département des sciences du bois et de la forêt pour l'aide apportée au cours des différentes étapes de mon travail.

J'ai une gratitude spéciale envers M. Martin O'Connor, technicien du laboratoire de valeur ajoutée de Forintek pour son précieuse contribution et leur appui technique. Merci aussi à M. Olivier Baës, M. Jean-Claude Garant et M. Anes Omeranovic, techniciens, laboratoire de structure chez Forintek pour leur soutien technique lors de mes essais mécaniques.

Je souhaite également faire part de toute ma gratitude à M. Benoît St-Pierre et M. Zhakin Troshani et d'autres étudiants et étudiantes stagiaires de Forintek pour leur précieuse collaboration lors de l'exécution de mes essais.

Le soutien moral et affectif d'êtres chers a constitué un des aspects les plus précieux tout au long de mes études de perfectionnement, sans lesquels la réalisation de ce projet n'aurait pas été possible. Merci infiniment à tous les membres de ma famille qui ont su être avec moi chaque jour, malgré la distance qui sépare le Canada du Chili. Je remercie essentiellement ma mère pour tout son appui et pour m'encourager à réaliser mes projets.

Ce document est présenté sous la forme d'une thèse de publication. Il a été conçu selon les critères de présentation adoptés par le comité de programme de 2e et 3e cycles en sciences du bois de l'Université Laval, en avril 1988. On retrouve dans cet ouvrage trois articles écrits en anglais présentés dans les chapitres III, IV et V respectivement:

L'article # 1

Bustos, C., R. Beauregard, M. Mohammad, et R.E. Hernández. 2003. “Structural performance of finger-joined black spruce wood lumber with different joint configurations”. Il a été accepté pour publication à la revue Forest Products Journal .

L'article # 2

Bustos, C., M. Mohammad, R.E. Hernández et R. Beauregard. 2003. “Effects of curing time and end-pressure on the tensile strength og finger-joined black spruce lumber”. Il a été accepté pour publication à la revue Forest Products Journal .

L'article # 3

Bustos, C., R.E. Hernández, R. Beauregard, et M. Mohammad. 2003. “Influence of machining parameters on finger-joined structural performance of black spruce lumber”. Il a été soumis pour publication à la revue Wood and Fiber Science .

Je suis l'auteure principale de ces trois publications, en rédigeant la révision de la littérature, la méthode, la discussion de résultats et les conclusions et en effectuant aussi l'ensemble des essais et les analyses statistiques. Les co-auteurs qui sont à la fois co-directeurs de cette étude de doctorat, ont conseillé l'auteure principale selon leurs sujets respectifs d'expertises et ils ont corrigé rigoureusement les articles.

Une partie des résultats de ce travail a été présentée au "Symposium on joints in timber structures". 55th Rilem annual week, PRO 22 qui a eu lieu à Stuttgart, Allemagne, du 12 au 14 septembre 2001. Une autre partie des résultats a été présentée au "7th World Conference on Timber Engineering", à Kuala Lumpur, Malaysie, du 12 au 15 août 2002. Une dernière partie des résultats sera également présentée au "16th International Wood Machining Seminar" qui aura lieu à Matsue, Japon, du 24 au 27 août 2003.