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CONCLUSION GÉNÉRALE

L’objectif principal de ce travail de thèse était d'étudier l'effet de la structure de différents bois sur leurs propriétés physico-mécaniques en mettant l’emphase sur la zone de la saturation des membranes. Des espèces feuillues provenant de régions tempérées et tropicales ont été choisies afin d’impliquer divers plans ligneux et d’élargir ainsi la variation des valeurs d’équilibre hygroscopique, surtout à des teneurs élevées d’humidité du bois. Ainsi, trois espèces nord américaines (hêtre ( Fagus grandifolia Ehrhart), bouleau jaune ( Betula alleghaniensis Britton ) et érable à sucre ( Acer saccharum Marsh.)) et cinq espèces tropicales provenant de l’Amazonie péruvienne (cachimbo ( Cariniana domesticata (C. Martius) Miers), congona ( Brosimum alicastrum Swartz), huayruro ( Robinia coccinea Aublet), pumaquiro ( Aspidosperma macrocarpon C. Martius) et tornillo ( Cedrelinga cateniformis Ducke)) ont été analysées.

Deux méthodes de sorption d'humidité ont été utilisées sur des éprouvettes de grandes dimensions, soit une sorption conventionnelle avec des solutions salines saturées et une sorption réalisée au moyen de la méthode de membrane poreuse sous pression. Ces essais de sorption ont été couplés avec des tests de propriétés physiques et mécaniques du bois.

L’étude des mécanismes de perte de l’eau liquide dans le bois a aussi été abordée dans le cadre de ce travail. La caractérisation de la structure du bois des espèces étudiées a été réalisée à l’aide des analyses d’anatomie quantitative et de porosimétrie au mercure. Des analyses non destructives de résonance magnétique nucléaire (RMN) ont été également réalisées sur quelques espèces dans le but de déterminer la distribution de l’eau liquide dans les cavités cellulaires à différentes teneurs en humidité d’équilibre du bois.

Les principales conclusions du présent travail seront alors présentées selon les trois volets principaux de celui-ci, soit:

  • la détermination des changements dimensionnels et mécaniques du bois en fonction de sa teneur en humidité d’équilibre et la définition du début de ces changements pour chaque espèce étudiée;

  • l’utilisation des techniques de résonance magnétique nucléaire afin de déterminer la distribution de l’eau liquide dans les cavités cellulaires;

  • l’utilisation des résultats des analyses d’anatomie quantitative et de porosité au mercure pour aider à la compréhension des phénomènes hygroscopiques étudiés.

En ce qui concerne le premier volet du présent travail, deux espèces tempérées (hêtre et bouleau jaune) et deux espèces tropicales (congona et cachimbo) ont été étudiées. L’humidité d’équilibre (H éq ) et les retraits radial, tangentiel et volumique ont débuté à des teneurs en humidité plus élevées que le point de saturation des fibres (PSF) de ces espèces. Un résultat semblable a été observé pour le coefficient de déformation tangentiel. Durant la désorption, la perte de l’eau liée débute à environ 40% H éq , 41% H éq , 43% H éq et 56% H éq , pour le hêtre, le bouleau jaune, le congona et le cachimbo, respectivement. La valeur du PSF, estimée par la méthode d’intersection du retrait volumique, a été de 31% pour les espèces tempérées et de 24% et 25% pour congona et cachimbo, respectivement. Ces résultats démontrent que l’eau liée commence à sortir de la structure du bois en présence de l’eau liquide, ce qui va à l’encontre de la définition du PSF. L’eau liquide qui reste « piégée » dans le bois serait logée dans les endroits les moins perméables, soit dans les tissus de parenchyme radial. La région où la perte de l’eau liée a lieu en présence de l’eau liquide, a varié selon l’espèce étudiée, ce qui montre l’effet important de la structure du bois sur le mécanisme de désorption de l’eau liquide dans ce matériau.

Des analyses de RMN ont été faites sur des échantillons d’érable à sucre, de hêtre et de huayruro conditionnés à différentes teneurs d’humidité d’équilibre. Ces espèces ont été choisies soit par leurs différences structurales (hêtre et huayruro) soit par la connaissance plus approfondie de leurs propriétés hygroscopiques (érable à sucre). L’utilisation des techniques de RMN a permis de séparer les différents types d’eau présents dans le bois. À partir des études du temps de relaxation T 2 , trois types d’eau ont été distingués: T 2 lent lequel correspond à l’eau liquide présente dans les vaisseaux du bois; T 2 moyen qui indiquerait l’eau liquide logée dans les lumens des fibres et du parenchyme; et finalement T 2 rapide qui correspondrait à l’eau la moins mobile soit celle liée aux membranes cellulaires. Les résultats montrent clairement qu’à l’équilibre hygroscopique il existe une zone où la perte d’eau liée se produit en présence d’eau liquide. Cette zone a varié selon l’espèce et son structure. Les niveaux d’humidité relative testés dans le présent travail ont permis d’observer qu’aux valeurs d’humidité d’équilibre de 16% (76% RH) pour l’érable à sucre, 17% (76% RH) pour le hêtre et 18% (90% RH) pour le huayruro l’eau liquide n’est plus présente dans ces bois. Les résultats de RMN ont aussi confirmé l’importance de la structure du bois sur les relations eau - bois. Différentes valeurs de T2ont été observées surtout entre l’espèce tropicale et les espèces tempérées. La structure anatomique des espèces tempérées est similaire aboutissant à des résultats semblables d’équilibre hygroscopique et de T2.

La caractérisation de la structure poreuse du bois à travers des essais de porosimétrie au mercure a été d’une grande utilité pour l’interprétation des courbes de désorption limites à des teneurs en humidité d’équilibre élevées. Néanmoins, plusieurs facteurs affectent la distribution poreuse obtenue par cette technique de telle manière qu’une attention spéciale doit être donnée à cet essai pour obtenir des résultats adéquats (épaisseur et préparation de l’échantillon, imprégnation complète du mercure, etc). Les sept espèces étudiées dans le cadre de ce volet de recherche ont présenté une structure poreuse très variée générant ainsi des courbes de désorption distinctes. L’efficacité quant à l’utilisation des résultats obtenus par la porosimétrie au mercure afin de reproduire les courbes de désorption a variée selon l’espèce mais d’une façon générale les courbes obtenues par ces deux méthodes (sorption et porosimétrie au mercure) révèlent la même tendance. Ceci valide l’utilisation de la méthode de porosimétrie au mercure pour ce genre d’application.

Cette étude a également porté sur la caractérisation anatomique des espèces étudiées. Un total de dix-neuf paramètres anatomiques ont été déterminés pour chaque espèce. En ce qui concerne l’influence des éléments anatomiques sur la sorption du bois, il a été observé que l’effet de la structure anatomique sur la courbe de drainage du bois à des teneurs en humidité élevées a varié selon l’espèce. D’une façon générale, la masse volumique du bois a affecté négativement la teneur en humidité d’équilibre. Les vaisseaux ont aussi joué un rôle important sur la désorption de l’eau à des H éq élevées. Les espèces présentant une grande quantité de vaisseaux ont eu des valeurs plus faibles d’H éq . Les résultats d’anatomie quantitative ont été utiles lors de l’interprétation des courbes de désorption. Notamment, ces résultats ont permis de prédire la première zone de drainage de l’eau liquide et le premier pic de pénétration du mercure, tous les deux liés aux vaisseaux.

La connaissance des propriétés de stabilité dimensionnelle du bois est très importante afin d’optimiser les conditions d’utilisation. Les résultats obtenus ont montré des différences importantes entre les retraits des espèces tropicales et tempérées. Ces dernières ont présenté des retraits plus élevés à des masses volumiques équivalentes. Tel que cité plus haut, le retrait a débuté à des valeurs d’humidité d’équilibre plus élevées que le PSF. Des analyses de corrélation ont montré que la teneur en humidité d’équilibre à laquelle le retrait a débuté est positivement corrélée à la proportion des rayons. Cela corrobore l’hypothèse selon laquelle l’eau liquide la plus réfractaire à quitter le bois serait logée dans les tissus de rayon. Les résultats ont aussi montré que pour le bois de huayruro la proportion élevée de parenchyme axial a eu une grande importance sur le début du retrait.

Finalement, la présente étude montre la grande influence de la structure du bois sur ces propriétés physico-mécaniques. La diversité inter et intra spécifique de la structure du bois le différencie des autres matériaux et rend plus complexe son adéquate utilisation. Ce travail a présenté des conclusions importantes tel que l’incorrecte définition du point de saturation des fibres, la présence de l’eau emprisonnée dans les zones les plus imperméables du bois à des teneurs en humidité d’équilibre au-dessous du PSF et la séparation de différents types de l’eau dans le bois de feuillus pendant la désorption. Ces connaissances fondamentales seront très utiles pour une utilisation adéquate de ce matériau.

© Giana Almeida, 2006