Aspectsdubois 19-12-da(2)

Les différents aspects du bois

Françoise Huber INRA – Nancy


Institut National de la Recherche Agronomique Décembre 2011


Le bois, un matériau hétérogène


Coupe transversale

Sur cette rondelle :à l’extérieur, l’écorce au sens large du terme,

qui a un rôle protecteur pour l’arbre,au centre, la moelle,entre l’écorce et la moelle, le BOIS.

Le bois est un tissu de formation secondaire ; il est issu d’une assise génératrice située presque sous l’écorce :le CAMBIUM ou ASSISE CAMBIALE ou mieux encore ASSISE LIBÉRO-LIGNEUSE. Le cambium forme une véritable gaine qui enveloppe l’arbre à l’exception des extrémités des branches où se trouvent les bourgeons. Elle ne se voit pas à l’œil nu.

Deux zones de bois se distinguent sur la photo :• une zone claire, l’aubier qui se trouve dans la partie externe,

une zone plus foncée que l’aubier jusqu’à la moelle, le duramen, appelé aussi bois de cœur, ou bois parfait.

La moelle est un tissu primaire formé par l’extrémité de la tige ; ce n’est pas du bois.

L’aubier et le duramen sont traversés par des rayons ligneux qui vont de la moelle vers l’écorce.

Tous les arbres n’ont pas un bois avec un duramen coloré.

bois

cambium ouassise libéro-ligneuse

aubier duramen

rayons ligneux

moelle

écorce

Origine du bois


Le cambium est l’usine à bois !

Les cellules du cambium se multiplient et, sur sa face interne, donnent naissance aux cellules du bois.

bois

cellules du cambium

Origine du bois


La majeure partie de ces cellules (90% environ) ont leur plus grand axe parallèle à l’axe de la tige, les autres cellules se positionnent perpendiculairement à ce même axe.

Les cellules du bois sont orientées


Sur une section transversale, apparaissent les différentes orientations des cellules.Le grand axe des cellules des rayons ligneux est orienté de la moelle vers l’écorce. Elles sont dites cellules radiales ou cellules couchées. Sur cette image elles montrent leur paroi. Cette orientation les fait ressortir d’une couleur différente sur les rondelles de bois.Les autre cellules sont des « tuyaux » qui auraient été coupés perpendiculairement à leur axe ne laissant voir que leur cavité et la section de la paroi de ce « tuyau » : ce sont des cellules axiales.Rappel : La plus grande partie des cellules du bois (90% environ) ont leur plus grand axe parallèle à l’axe de la tige, les autres cellules se positionnent perpendiculairement à celui-ci.

Plan transversal montrant l’orientation des cellules (Peuplier)

moelle

Cellules orientées moelle-écorce

=cellules radiales

Cellules orientées racine-cime

=cellules axiales

Aspect microscopique


Sur chaque rondelle, il y a une succession d’anneaux concentriques : ce sont les cernes (un cerne) qui représentent les accroissements annuels, c’est à dire la quantité, l’épaisseur de bois que fabrique l’arbre au cours d’une année de végétation.C’est à l ’intérieur de chacun de ces cernes que s’exprime le plan ligneux.

Lorsque les conditions sont favorables, il y a reprise de l’activité cambiale. Les cellules entrent en multiplication. Sur sa face interne, les cellules se différencient en cellules du bois.Les conditions environnementales devenant défavorables, le cambium diminue son activitépour la cesser totalement en fin d’été.Pour qu’il y ait présence de cernes annuels, il faut qu’il y ait des saisons. Ce qui implique que des cernes annuels vrais n’existent pas chez les espèces des zones tropicales ou sub-tropicales.

Aspect macroscopique

Université de Laval : A. CLOUTIER

Aspect macroscopique

Accroissements annuels


La répartition des différents types de cellules dans l’espace, leurs proportions, leurs tailles, constituent le plan ligneux et font du bois un matériau hétérogène, dont l’aspect diffère en fonction des plans d’observation. Cependant, le plan ligneux est sous contrôle strict de la génétique. Il est caractéristique d’une essence donnée :un hêtre ne fera jamais un bois qui ressemble àun bois de chêne.

On distingue 2 grands types de bois :

- le bois des résineux ou gymnospermes,- le bois des feuillus ou angiospermes.

La constance du plan ligneux et la grande variabilité de son anatomie permettent de présager des propriétés mécaniques et physiques du matériau bois. Elle permet aussi de participer à la reconstitution des climats et de procéder àdes datations en archéologie, en histoire, pour les œuvres d’art ainsi que pour authentifier des antiquités...

Le plan ligneux

Plan transversal

Plan tangentiel

Plan radial


Le bois des résineux ou gymnospermes


Chaque année les résineux mettent en place, au début de la saison de végétation, le bois dit bois de printemps ou bois initial.

Ce bois est formé de cellules à parois fines, la matière ligneuse y est peu abondante et le bois est de couleur plus claire que celui formé en fin de saison.

Ce dernier dit, bois d’été ou bois final,possède des cellules à parois épaisses. La matière ligneuse y est abondante et le bois est plus coloré que celui de début de saison.


bois final

bois initial

1 année de croissance

moelle

écorce


Chez les résineux les cellules de base sont réduites à 2 types : les trachéides et les cellules de parenchyme mais l’essentiel du bois est formépar des trachéides.

Ce sont des cellules fusiformes fermées à lumen important dont la faible épaisseur des parois en début de végétation permet des échangestransmembranaires facilités par la présence de ponctuations aréolées.

Au cours de la saison de végétation, la paroi s’épaissit, la taille du lumen diminue. En fin de saison de végétation, ces trachéides, par l’épaississement de leur paroi, verront cette fonction d’échange pratiquement disparaître.Elles auront un rôle de soutien pour l’arbre.


ponctuations aréolées

Plan transversal


A la fin de la saison de végétation, le cambium s’arrête brutalement de fonctionner. Il attend des conditions de température et d’environnement plus favorables pour qu’à nouveau ses cellules se multiplient et fabriquent du bois de printemps puis du bois d’été.


bois final

cambium

Plan transversal


Les rayons ligneux d’épicéa

Comme dans tout bois, chez les résineux il y a des rayons ligneux. La cellule fondamentale est la cellule de parenchyme dont l’orientation est radiale.


ponctuations simples des cellules parenchymateuses des rayons ligneux

empilement des cellulesformant les rayons ligneux

Coupe : plan radial


trachéides

ponctuations du champ de croisement (avec les rayons ligneux)

Plan radial

Sur les parois radiales-longitudinales des trachéides, se trouvent les zones préférentielles d’échange, les ponctuations aréolées, nombreuses dans le bois de printemps.

ainsi que les zones d’échanges entre ces mêmes trachéides et les rayons ligneux, les champs de croisement.


ponctuations aréolées

Epicea


Trachéides et leur ponctuation dans le plan transversal

La coupe transversale montre l’aréole où se font, de façon préférentielle, les échanges membranaires entre 2 trachéides.

Ces échanges ont lieu dans la région appelée « torus ». Il n’y a pas de véritable ouverture, de véritable trou pour la circulation de la sève dans le bois des résineux.

Il est à noter que le bois, quelle que soit l’essence considérée, résineux ou feuillus, conduit toujours la sève ascendante.

Trachéide 1

Trachéide 2

Ouverture de la ponctuation Limite de la

ponctuationTorus



Arrêt brutal de l’activité cambiale

=

limite de cernes

bois final(année n)

bois initial (année n+1)

Photo : P. PERRE

Passage bois final-bois initial chez un résineux


La différence d’épaisseur des parois marque de façon nette la transition entre la croissance de deux années successives.

De plus le passage entre les différentes années ne perturbe en rien l’alignement radial des cellules. C’est un grande caractéristique du bois des résineux.

Plan transversal


Bien que le plan ligneux des résineux soit simple, les bois de sapin et d’épicéa peuvent se distinguer à l’œil nu par la présence, chez l ’épicéa, de canaux résinifères, absents chez le sapin.

Présence d’un canal résinifère

Pas de canaux résinifères

Sapin

Epicéa

Plan transversal



cellules sécrétrices

canaux résinifères axiaux


Plan transversal

Les canaux résinifères axiauxCe sont des cellules de parenchyme qui s’organisent autour d’un espace et qui délimitent ainsi un trou, un canal dit canal résinifère.Dans ce canal, les cellules déversent de la résine, substance qu’elles secrètent.

Ces canaux résinifères se distinguent àl’œil nu car ils ont tendance à se trouver dans la région du bois final où ils apparaissent comme des taches blanches.


Pin maritime

Canaux résinifères

Chez le pin maritime, les nombreux canaux résinifères peuvent atteindre 450µm de diamètre.Chez cette essence, ils sont répartis dans l’ensemble du cerne.

La présence ou l’absence de canaux n’est pas le seul paramètre de reconnaissance des résineux.

D’autres critères existent, qui ne font pas appel à l’observation du plan ligneux mais cependant en dépendent .

L’odeur résulte de la présence de cellules de parenchyme dans le bois ; s’il n’a pas d’odeur, soit il n’a pas de cellule de parenchyme, soit les oléorésines qu’elles renferment ne sont pas odorantes.


Plan transversal


Les grands groupes de bois de résineux

Avec canaux résinifères

Petits canaux

-épicéa : leur taille est de 50 à 100µm

-pin sylvestre : les canaux ont une taille de 100 à 200µm

-douglas : bois final bien marqué, des canaux de 200µm

Gros canaux

-pin maritime : canaux de 500µm

Sans canaux résinifères


-if : limites de cernes flexueux

-sapin : mauvaise odeur à la coupe

-cèdre : bois odorant

-genévrier : odeur de crayon


Le bois des feuillus ou angiospermes

Les différents aspects du boisLe bois des feuillus ou angiospermes

La grande différence entre le bois des feuillus et le bois des résineux, c’est la présence de vaisseaux chez les feuillus.

Ce sont des cellules qui ont leurs extrémités percées, accolées les unes au bout des autres et forment des « tuyaux » discontinus.

Chez les feuillus existent aussi :- des cellules avec des parois épaisses, ce sont les fibres (de différents types), - des cellules de parenchyme, dont certaines constituent les rayons ligneux.

Chêne

vaisseaux

Les feuillus ont un plan ligneux plus complexe que celui des résineux et très varié selon les essences, ce qui permet une reconnaissance parfois plus aisée.

Plan transversal


Les feuillus renferment différents tissus et leur répartition diffère selon les essences.


Exemple de 2 types de plan ligneux chez les feuillus

Chêne : bois à zone initiale poreuse

Hêtre : bois à pores diffus

Cette grande variété de tissus, de taille de cellules, d’organisation conduit àdistinguer 3 grands types de bois : - des bois à zone initiale poreuse : le modèle en est le bois du chêne,-des bois à pores diffus, comme le bois du hêtre,- des bois homogènes.

Plans transversaux


Bois à zone initiale poreuse


vaisseaux du bois initial

fibres du bois final

parenchyme et petits vaisseaux du bois final

gros rayons ligneux

petit rayon ligneux

Bois de printemps Bois d’été

EcorceMoelle

Plan transversal

Le type même du bois à zone initiale poreuse est le bois de chêne.

Sur la coupe, apparaissent des gros rayons ligneux caractéristiques du bois de chêne qui donneront des figurations pour les meubles d’ébénisterie.

Dès la reprise de la végétation, avant le débourrement des bourgeons pour le chêne indigène, se forme une zone de gros vaisseaux, c’est le bois initial ou bois de printemps.

Ces vaisseaux ont un diamètre moyen de 300µm. Ils ont le même rôle que lestrachéïdes du bois initial des résineux : ils véhiculent la sève. Les échanges doivent se faire rapidement, d’ou leur taille.

Puis il y a un arrêt brutal de la formation de ce type de bois. C’est alors le bois final ou bois d’été qui se forme. Les vaisseaux sont plus petits et ordonnés en plages dans lesquelles se trouvent aussi des cellules de parenchyme, en alternance avec des plages de fibres. Les fibres, cellules àparois épaisses, donnent au bois sa dureté.




Orme

Frêne

Deux autres exemples de bois à zone initiale poreuse :

- le frêne montrant un bois initial bien distinct du bois final, ce bois final étant pauvre en vaisseaux dispersés,

- l’orme : le bois final de cette essence se caractérise par des plages sinueuses de vaisseaux.

Plan transversal

Les différents aspects du boisLe bois des feuillus ou angiospermes


Des essences à zone initiale poreuse :

- chêne

- châtaignier

- robinier ou faux-acacia

- orme

- frêne

- tamarix

- cytise

- etc…Fleur de cytise


Le bois du hêtre est l’exemple de bois à pores diffus.

Les vaisseaux sont répartis dans tout le cerne et leur taille diminue de façon progressive entre le début de la reprise de l’activité cambiale au printemps et la fin de l’été. Il n’est donc pas possible de délimiter bois initial et bois final.

Le bois de hêtre se caractérise par la présence de rayons ligneux abondants, visibles à l’œil nu qui se dilatent au passage entre 2 cernes.

Entre ces vaisseaux se trouvent des petits rayons ligneux, des cellules de fibres et de parenchyme.

Début de l’activité de la végétation

Fin de l’activité de la végétation

rayons ligneux

Hêtre

vaisseaux

EcorceMoelle


Bois à pores diffus

Coupe : plan transversal


Dans les essences à bois homogène, la taille et la répartition des vaisseaux sont pratiquement constantes dans l’ensemble du cerne. Les limites de cernes sont parfois difficiles à observer.


Bois initialBois final

Bois homogène

Erable


Les grands groupes de bois de feuillus

- chêne- châtaignier- robinier- frêne- orme, - etc...

- hêtre- platane- charme - etc…


bois à zone initiale poreuse bois à pores diffus bois homogènes

- peuplier- érable- sorbier- buis- fruitiers - etc...

Pour une même espèce, il est parfois difficile de classer le bois dans la catégorie des bois à pores diffus ou des bois homogènes.


En résumé : les grands types de plans ligneux

Les résineux Les feuillus

- bois à zone initiale poreuse

- bois à pores diffus

- bois homogène

- bois sans canaux résinifères

- bois avec canaux résinifères

Bois sans vaisseaux Bois possédant des vaisseaux


Le bois au cours du temps


Près de la moelle, le bois est toujours mis en place par un cambium jeune, lui-même résultant de la différenciation de cellules liées à la croissance primaire (niveau B). En revanche plus le cambium est loin de la moelle, plus il est âgé. A la base de l’arbre, il a l’âge de l’arbre lui-même (niveau A).

Le bois formé en 2011, à la base de la souche de l’arbre est un bois adulte, il s’est développé loin des branches, formépar un cambium âgé (112 ans). En revanche, le bois formé en 2011 à la cime de l’arbre, bien que formé la même année, est un bois juvénile car il a étémis en place en présence de branches vivantes et par un cambium formé lors de la mise en place de la croissance apicale de 2011.

L’âge du bois

Coupe radiale d’un arbre schématique montrant l’empilement des cernes successifs au cours sa croissance.

3 ans 2 ans 1 an

2011 2010….…1902 1901 1900

Niveau ANiveau A

Niveau B Niveau B

Vue de la coupe au niveau B

Vue de la coupe au niveau A

3 ans 2 ans 1 an111 ans

112 ans

2011 2010……… 1902 1901 1900

Années de formation du bois

2 ans 1 an Bois juvénile

Branches

1 an 2 ans ………………..…112 ansAge de l’arbre correspondant à

l’année de formation du bois


Le bois a été mis en place par un cambium jeune et avec des branches vivantes sur le tronc.

Ce bois est âgé.

Bois juvénile Bois adulte

Le bois a été mis en place par un cambium âgé, sans branche vivante

sur le tronc, c’est un bois adulte.

Ce bois est jeune.

Ecorce

Cambium

Moelle

Année 1900 Année 2011

Sur ce schéma, le bois est prélevé à la base d’un arbre âgé de plusieurs décennies. Bois juvénile et bois adulte ont des caractéristiques anatomiques différentes

Age du cambium et âge du bois

Age de l’arbre

Age du bois112 ans 111 ans 110 ans 3 ans 2 ans 1 anI I I I I I

1 an 2 ans 3 ans 110 ans 111 ans 112 ansI I II I I


Effet de l’âge du cambium sur l’anatomie du bois : cas du chêne

La radiographie du bois de chêne montre un bois juvénile riche en fibres (plages blanches). Quant au bois adulte, il possède des vaisseaux plus importants en taille, et son bois est plus riche en parenchyme.

Bois adulte

Bois juvénile

fibres vaisseaux parenchyme etpetits vaisseaux

écorce

rayon ligneux


La duraminisaton

Avec l’âge, il peut y avoir un changement de teinte du bois, c’est la duraminisation visible.

La duraminisation avance au fur et à mesure que se crée du bois sous l’écorce. Elle n’est cependant pas toujours visible.

Elle est le résultat de réactions chimiques complexes et peut s’accompagner de modifications anatomiques.


La duraminisation se produit dans le bois le plus vieux, le plus âgé, celui qui s’est formé il y a longtemps.

Les cellules qui se trouvent à la limite de l’aubier et du duramen subissent des transformations chimique, physique et parfois anatomique.

La sève ne circule plus, la quantité d’eau diminue ainsi que les réserves telles que l’amidon.

En revanche il y a une augmentation de substances comme lespolyphénols (tannins), de matières colorantes élaborées par les cellules de parenchyme (les rayons ligneux).

Sur le plan anatomique, des thylles se forment dans les vaisseaux de certaines essences.

La duraminisaton

Le bois a été mis en place il y a longtemps par un arbre jeune,

le bois est vieux

Le bois a été mis récemment en place par un arbre âgé,

le bois est récent

MoelleDuramen Aubier

Ecorce

Cambium

Sur ce schéma, le bois est prélevé à la base d’un arbre âgé de plusieurs décennies

Année 1900 Année 2011

Age de l’arbre

Age du bois112 ans 111 ans 110 ans 3 ans 2 ans 1 anI I I I I I

1 an 2 ans 3 ans 110 ans 111 ans 112 ansI I II I I


La duraminisaton chez certains feuillus

Les thylles sont des excroissances membranaires des cellules voisines des vaisseaux. Ils ont la faculté de boucher les vaisseaux.

Dans le cas des tonneaux, ce sont les thyllesqui, bouchant les vaisseaux, les rendent étanches.

Le duramen coloré renferme des substances qui le protègent contre l’attaque des insectes, des champignons et autres vermines.

Thyllose

vaisseaux

thylles

Plan transversal


Vue tranversale

Vues radiales

Chez le chêne indigène, les thylles sont des membranes issues des petits rayons ligneux.

Au départ ce sont des ballonnets. Puis leur nombre et leur taille augmentent, par manque de place dans les vaisseaux, ils vont être comprimés et déformés.

Les thylles


Essences à duraminisation visible

- robinier- chêne - châtaignier- noyer- merisier

- cèdre- genévrier- séquoia- douglas- pin

- sapin- épicéa

- hêtre- charme- peuplier

Essences à duraminisation non visible

Cette liste n’est pas exhaustive.

La duraminisaton en résumé


Bois, sylviculture, environnement

Les différents aspects du boisEffet de la variation de croissance sur le bois

De nombreux facteurs affectent la croissance du bois.

Les conditions climatiques environnementales au sens large, interviennent sur sa mise en place.

Une année de sécheresse peut se traduire par une croissance moindre.

Une variation de croissance se traduit différemment selon qu’elle affecte le bois d’un résineux ou celui d’un feuillu.

Radiographie de chêne

Coupe d’épicéa

Plans transversaux


La forêt ne pousse pas toute seule.Les arbres doivent être sélectionnés pour favoriser des caractéristiques recherchées : un arbre doit être résistant à certaines maladies, un arbre doit produire un bois d’une qualité approchant celle souhaitée.

La sylviculture est l’ensemble des méthodes et techniques de culture des arbresen forêt. La sylviculture mise en œuvre a un impact important sur la croissance du bois.

Toute augmentation de la croissance des bois à zone initiale poreuse se traduit par une augmentation de la largeur du bois final. Le bois d’été augmente, il y a plus de fibres et le bois a des propriétés mécaniques plus importantes (b).

En l’absence de fibres, faible croissance, le bois sera utilisé pour l’ébénisterie au sens large du terme (a).

Chêne

Effet de la variation de croissance sur la mise en place du bois

Peuplement serré,plages de fibres absentes

Plages de fibres

Schéma a

Schéma b

Plans transversaux


Le bois final renferme les fibres, cellules à parois épaisses.

Ce sont elles qui vont donner au bois à la fois sa densité, sa dureté, ses propriétés mécaniques et sa couleur.


Plages de fibres dans le bois final du chêne

petit vaisseau petit rayon ligneux fibres, les paroissontépaisses

Photo : P. PERRE

Plan transversal


Chez les résineux, une réduction de croissance se fait toujours au dépend du bois de printemps ou bois initial (année n+1).

La largeur du bois final varie mais dans des proportions moindres que celle du bois initial.

Cette modification de croissance, qui ne touche pas de façon uniforme les tissus du bois, a des conséquences sur les propriétés mécaniques et physiques du matériau.


Année n Année n + 1

Coupe : plan transversal


L ’arbre peut pousser sur un terrain en pente, subir le vent, etc. L’arbre va fabriquer alors un bois spécifique : le bois de réaction.

Il est appelé :

- bois de compression chez les résineux,

- bois de tension chez les feuillus.

Le bois de réaction

Les différents aspects du boisLe bois de compression (chez les résineux)

Le bois est de teinte plus foncée car c’est un bois à parois cellulaires épaisses,

les cellules sont rondes, d’où la présence de méats (vides entre les cellules),

le bois est riche en lignine.

cellules de bois normal

Photo : P. PERRE

cellules de bois de compression

méats

Plans transversaux

Les différents aspects du boisLe bois de tension (chez les feuillus)

Fibres du bois de réactionLe bois de tension : ce sont des fibres àparois très épaisses et à lumen extrêmement réduit. Le bois de tension est riche en cellulose.

cellules à parois épaisses : peu de lumière cellulaire

Fibres du bois normal

Chêne

Chêne

Plans transversaux


Le bois de tension est ici mis en évidence par une coloration.

La couche supplémentaire, appelée couche G, qui tapisse l’intérieur de la fibre est constituée de cellulose.Elle est colorée de façon spécifique, en bleu pour cet échantillon.

Le bois de tension (chez les feuillus)

Couche GCoupe : plans transversaux


La constance du plan ligneux (ensemble des caractères de la structure du bois) et la grande variabilité de son anatomie permettent de présager de ses propriétés mécanique et physique,

mais aussi de participer à la reconstitution des climats et de procéder à des datations en archéologie, en histoire pour les oeuvres d’art en bois ainsi que pour authentifier les antiquités...

Dans la forêt de Haguenau (Haut Rhin), les années 1943,1946,1949 sont des années où la croissance du bois final des chênes est faible. Dès leur ouverture, les bourgeons sont mangés par les hannetons dont le cycle de vie est de 3 ans. L'arbre doit produire de nouveaux bourgeons et la production en bois en est affectée. Des modifications de l'environnement sont ainsi lisibles sur les cernes annuels..

Corrélation entre le diamètre radial des vaisseaux du bois initialet les températures maximales de l’année précédente

Chêne forêt de Bride et de Saint Jean, Moselle

Diamètre radial des vaisseauxdu bois initial (µm)

Moyenne des températures maximales(septembre, octobre, novembre, décembre) n-1 (C)

20

25

1961 1965 1970 1975 1979

12

10

L’environnement et le bois

Radiographie, plan transversal


Il y a des défauts très appréciés dans le bois : « ne pas être de droit fil » !

Cette singularité est très recherchée dans le cas de l’érable pour certains instruments de musique àcordes frottées.

De nombreuses autres singularités sont recherchées pour l’ébénisterie : bois pommelé, moucheté, etc.

Les singularités du bois

Fond de violon en érable ondé


Le plateau de cette table est en placage de bouleau moucheté ; cette singularité tranche avec la monotonie habituelle du bois de bouleau et crée un figuré original donnant un effet esthétique.

Création de Thierry Masson

Les singularités du bois


Décembre 2011

Institut National de la Recherche Agronomique

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Aspectsdubois 19-12-da(2)