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Article

1 - INTERACTION FORÊT, BOIS ET ENVIRONNEMENT

2 - STRUCTURE ANATOMIQUE

3 - COMPOSITION CHIMIQUE

4 - PARAMÈTRES PERTINENTS À PRENDRE EN COMPTE DANS L’UTILISATION DU BOIS

5 - CLASSEMENT DES BOIS DE STRUCTURES

| Réf : C925 v2

Composition chimique
Matériau bois - Structure et caractéristiques

Auteur(s) : Marie‐Christine TROUY‐TRIBOULOT, Pascal TRIBOULOT

Date de publication : 10 févr. 2001

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Auteur(s)

  • Marie‐Christine TROUY‐TRIBOULOT : Ingénieur, Docteur de l’université Henri-Poincaré, Nancy 1 - Diplômée en xylologie fondamentale, Paris VI - Chef de travaux pratiques ENSAM à l’ENSTIB, École nationale supérieure des technologies et industries du bois

  • Pascal TRIBOULOT : Ingénieur, Docteur-ingénieur de l’université de technologie de Compiègne - Professeur à l’ENSTIB

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INTRODUCTION

Le bois, matériau de toujours

Plus que tout autre, le matériau bois évoque le temps et l’âge : le temps parce que sa production est assurée par la croissance des arbres qui deviennent récoltables après une période assez longue, variable selon l’espèce et la station ; l’âge, parce qu’il est, dans l’histoire, celui qui est utilisé par l’homme depuis le plus longtemps. C’est sans doute parce que la dépense d’énergie nécessaire à sa transformation est particulièrement faible (il suffit de rompre les branches, de couper, de scier...) par comparaison avec l’élaboration des métaux ou l’exploitation des minéraux qu’il a été mis en œuvre très tôt par l’homme, que ce soit pour se défendre, pour chasser, construire ou s’abriter. C’est aussi parce que dès l’origine des temps la forêt a joué son rôle de « forêt‐abri » et de « forêt nourricière », que l’homme y a trouvé refuge et matière première en abondance.

C’est cette rencontre entre l’homme et la forêt qui fit naître à l’aube de l’humanité une « filière bois » de l’arbre au matériau. Cette filière s’organisa immédiatement autour de trois axes principaux :

  • filière biens d’équipement et construction (armes, outils, huttes...) ;

  • filière agroalimentaire (cueillette de baies, champignons...) ;

  • filière bois‐énergie (le feu...).

À l’aube du 3 e millénaire un défi immense se pose à l’humanité : nourrir et protéger plus de 6 milliards d’individus. La réussite de ce challenge passe par l’adéquation permanente entre agriculture, matières premières-industrie et environnement. Dans ce contexte, la forêt en tant qu’élément régulateur de l’environnement et fournisseur de matière première et d’énergie, joue un rôle majeur.

La science des matériaux ne travaille pas sur un seul axe (par exemple la recherche d’une propriété mécanique élevée), elle cherche au contraire et en permanence un compromis optimal entre plusieurs propriétés souvent contradictoires (un matériau à la dureté élevée et au comportement non fragile, un composite artificiel à module d’élasticité très élevé et à coût modéré, etc.). Dans cette stratégie, le bois occupe dans la majorité des cas une position toujours optimisée.

Si l’âge du bronze, l’âge du fer sont à ce jour dépassés, l’âge du bois est d’une telle évidence d’actualité que les experts s’efforcent de l’ignorer. Depuis l’origine, les arbres et le bois représentent l’un des succès majeurs de l’évolution des espèces [7], ils nous sont devenus si familiers, que nous ne réalisons plus à quel point il y a là un matériau ultraperfectionné à la structure ingénieuse et optimisée : un matériau composite naturel et renouvelable, vraie réponse aux problématiques du siècle qui s’avance et vraie réponse à l’ensemble des problèmes des sociétés et civilisations qui nous ont précédés.

Le bois, matériau de toujours : c’est, dans ce contexte, la définition la plus pertinente que l’on puisse lui donner. L’architecture et les acteurs de la construction retrouvent aujourd’hui avec le bois un matériau tout à la fois traditionnel, résolument contemporain et pleinement futuriste.

Nota :

Cet article se compose de trois parties. La première présente une étude détaillée des structures microscopique et macroscopique du bois selon les différentes essences, ainsi que les caractéristiques mécaniques, physiques, chimiques qui en découlent. Elle se termine par la présentation des critères, essentiellement visuels, de classement des bois de structure. La seconde est consacrée à l’étude des agents biologiques de dégradation du bois, à la durabilité qui en découle, ainsi qu’aux traitements de préservation et de finition. Dans le « Pour en savoir plus » , sont passés en revue, succinctement, les points concernant l’économie forestière, les dernières grandes tempêtes, ainsi que la déforestation dans les régions tropicales. On y trouve également une liste d’ouvrages de référence, de normes et d’organismes.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-c925


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3. Composition chimique

3.1 Les constituants chimiques du bois

Les composés structuraux du bois sont la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. À ces trois constituants principaux viennent s’ajouter des substances mineures, extractibles de nature organique et cendres.

  • La cellulose

    La cellulose est la molécule organique la plus abondante sur Terre. C’est un polymère linéaire d’unités de glucose cyclique de configuration β (le groupement hydroxyle fixé au premier atome de carbone, à l’endroit où le cycle se ferme, est situé au dessus du plan du cycle), reliées par des liaisons (1‐4). L’amidon, qui est également un polymère de glucose, est constitué d’unités de glucose cyclique de configuration α. Si beaucoup d’êtres vivants possèdent les enzymes capables d’hydrolyser l’amidon (amylases), très peu synthétisent les enzymes nécessaires à la digestion de la cellulose (cellulases). C’est le cas de quelques champignons, quelques mollusques, quelques larves de coléoptères et des micro‐organismes qui vivent dans la panse des ruminants ou des termites.

    En réalité, le monomère de la cellulose est le cellobiose, d’une longueur de 1,03 nm, construit à partir de deux molécules de glucose cyclique β, dont l’une est tournée de 180o par rapport à la première.

    Dans le bois, le degré de polymérisation de la cellulose (poids moléculaire de la cellulose / poids moléculaire du glucose) est compris entre 5 000 et 10 000. Un degré de polymérisation de 10 000 correspond à une chaîne d’une longueur de 5 µm.

    La formation de structures supramoléculaires est possible grâce aux groupements hydroxyles de la cellulose entre lesquels s’établissent des liaisons hydrogène intra‐ et intermoléculaires. Des liaisons hydrogène peuvent également s’établir entre les chaînes de cellulose et l’eau. Les chaînes moléculaires de la cellulose forment des faisceaux appelés microfibrilles. Les microfibrilles de cellulose présentent des zones cristallines et des zones amorphes. Le degré de cristallinité de la cellulose du bois est de l’ordre de 60 à 70 %.

    Au niveau des zones amorphes, désordonnées, l’eau peut pénétrer, d’autant plus qu’elles sont étroitement associées aux hémicelluloses, dont la capacité d’absorption d’eau est encore plus importante...

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