BESSET Florentin MPSMARIE-LACROIX Théo 2nd 506 / 2nd 509THENON Oscar

LES DEFORMATIONS DU BOIS

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Sommaire : Introduction. (p.3)

I. Déformations du bois : causes et effets. (p.3)1) Causes des déformations (p.3)2) Sens des déformations (p.3)3) Explications : la lignine (p.4)

II. Parades face aux déformations du bois : techniques d'ébénisterie. (p.4)

1) Effets sur les pièces, meubles et bâtiments en bois (p.4)2) Portes à panneaux (p.4)3) Constructions « à clins » (p.5)

Conclusion. (p.5)

Sources. (p.5)

Annexes. (p.6)

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Introduction.Depuis des millénaires, le bois est un des matériau de construction favoris des hommes. Il est

vrai qu'il possède de nombreux avantages, ne serais-ce que son abondance et sa solidité. Depuis quelques dizaines d'année, il est même redevenu sur le devant de la scène pour ses qualités écologiques. Cependant, malgré ses qualités indéniables, le bois possède aussi quelques inconvénients. L'un d'eux, bien connu, est que le bois se déforme. En effet, le bois est un matériau hygroscopique (qui peut absorber et rejeter de l'eau selon son environnement) et les variation de son taux d'humidité (le pourcentage d'eau qu'il contient : la masse d'eau divisé par celle de matière sèche) le font se déformer (se gonfler ou se rétracter), ce qui n'est pas sans problème pour menuisiers et ébénistes.

Nous nous intéresserons d'abord aux déformations du bois, leur « sens » et leurs causes, puis nous examinerons quelques-unes des solutions trouvées par menuisiers et ébénistes pour limiter l'impact de ce phénomène dans la construction de bâtiments, de meubles...

I. Déformations du bois : causes et effets.1) Causes des déformations

Afin de comprendre les déformations du bois, nous nous intéressons en premier lieux à la constitution du bois. Le bois vivant, comme toute matière organique, contient énormément d'eau (plus de 50% de sa masse). On différencie 3 «sortes» d'eau: l'eau libre, située entre les fibres du bois (dans les vaisseaux...), l'eau «de constitution» qui constitue les molécules du bois, et enfin l'eau «liée». Cette dernière est contenue dans les fibres du bois, dans la paroi des cellules (voir schéma ci-contre).

Lors de l'abattage de l'arbre, l'eau «libre» va s'évacuer en premier par évaporation sans que le bois ne subisse de déformations. Puis, une fois que toute cette eau s'est évaporée (environ 15 jours),on dit que l'on a atteint le «point de saturation des fibres». Il reste alors un taux d'humidité d'environ 30% et, dès lors, le bois va avoir tendance à changer de taille en fonction de son taux d'humidité. En effet, celui-ci va avoir tendance à se mettre constamment à l'équilibre avec le milieu extérieur : c'est ce qu'on appelle l'équilibre hygroscopique. Cet équilibre est définit par la température et surtout par le taux d'humidité ambiant (voir les courbe 1 et 2). Par exemple, pour une température de 20° et un taux d'humidité ambiant de 80% (pays tempéré), l'équilibre sera atteint lorsque le bois ne possédera plus qu'un taux d'humidité de 16% environ. Le bois va donc va perdre de l'eau : c'est l'eau liée qui va s'évaporer (en partie), ce qui va provoquer un retrait du bois, un rétrécissement, car l'eau évaporée de la paroi des cellules ne peut être remplacée par du vide... Même après cet ajustement de départ, le bois peut encore subir des déformations, car l'équilibre peut voir un de ses paramètres changer : par exemple, lorsque l'on passe dans un milieu plus humide, le taux d'humidité du bois va augmenter à nouveau et pourra déformer à nouveau le bois. Les déformations sont fréquentes, notamment pour les éléments extérieurs, exposés au changements de température et d'humidité.

2) Sens des déformations

Les déformations du bois ne sont pas les mêmes dans les différents « sens » du bois. En effet, d'un bois vert à un bois sec (anhydre), le retrait longitudinal, dans l'axe du tronc et des fibres, est très faible (<1%) par rapport aux deux autres, le retrait radial, perpendiculaire au tronc (≈5%), et surtout par rapport au retrait dans le sens de l'écorce (tangentiel), qui est souvent de l'ordre de 10%. Les gonflements du bois ont le même ordre de grandeur, et même si ces différentes déformations varient selon les essences, on les constate toujours dans des proportions semblables.

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Schéma d'une cellule végétale

3) Explications : la lignine (p.4)

Ces différences de retrait selon le sens du bois sont dues à la forme des molécules qui composent un arbre, et notamment celle des molécules de lignine (voir structure), constituant du bois à hauteur de 25% environ. Les lignines sont des molécules énormes. Leur grande taille renforce la solidité de la matière qu'elles constituent car les liaisons entre atomes d'une même molécule sont bien plus fortes que les liaisons inter-moléculaires. Il est donc très dur d'étirer la lignine. En outre, ces molécules sont seulement situées parallèlement aux fibres du tronc (schéma). Il est donc très dur d'étirer le bois dans le sens des fibres mais il est au contraire aisé de l'étirer dans les autres sens, étant donné que une déformation tangentielle ou radiale n'oblige pas à à déformer la lignine. Le bois va alors se déformer dans les directions dans lesquelles la lignine oppose le moins de résistance possible.

II. Parades face aux déformations du bois : techniques d'ébénisterie.

1) Effets sur les pièces, meubles et bâtiments en bois

Ce problème de déformation peut être très handicapant, notamment en menuiserie : le fait que le bois se dilate puis se rétracte peut créer du jeu entre les pièces d'un meuble, et surtout, comme les mouvements ne sont pas uniformes selon les axes du bois, les planches peuvent sensiblement changer de forme, en se rétractant plus d'un côté que de l'autre par exemple si elle a été coupée sur un quartier. Le pire qu'il puisse arriver si l'on a deux types

de bois différents dans une planche (cœur, nœud...), est qu'ils ne se déforment pas de la même manière et que cela provoque des fissures fragilisant la structure et détruisant l’esthétique.

Heureusement, les ébénistes ont trouvés maintes parades pour éviter ces désagréments. Tout d'abord, ils essayent au maximum de couper les planches sur des quartiers, ce qui permet d'avoir des déformations moindres et plus régulières. Bien évidemment, ils évitent aussi à tout prix de regrouper deux types de bois dans une seule planche, et les nœuds sont des ennemis redoutables. Enfin, le bois est préalablement séché avant d'être découpé en planches, ce qui réduit la déformation qu'il subit durant sa période d'utilisation. En revanche, même si ces principes de base permettent de réduire les désagréments causés par la déformation du bois, ils ne les éliminent pas et ceux-ci peuvent encore se révéler handicapants. Par exemple une porte en épicéa de deux mètres de haut découpée en quartiers avec un taux d'humidité du bois de 10% (en été) mesurera en hiver, en extérieur (taux d'humidité supérieur à 18%) un peu plus de 2m05 (calculs détaillés). Cette différence n'est pas énorme mais suffit largement à faire frotter voire bloquer la porte contre ses montants! Pour éviter ces désagréments, les ébénistes ont dû trouver différentes techniques. Nous en présenterons deux qui reposent sur le même principe : laisser au bois la possibilité de se déformer sans affecter la structure.

2) Portes à panneaux

La première de ces technique est celle des «portes à panneaux» (non-collés aux montants), qui, en plus de diminuer grandement le poids des portes par rapport au bois massif, permet aussi de diminuer l'effet des déformations du bois. En effet, une porte à panneaux est constituée de panneaux de bois , assemblés dans un cadre avec un espace entre eux. De plus, ils ne sont pas collés aux montants et le menuisier laisse du «jeu», du vide, entre les différentes parties de la porte. Ces nombreux vides laissés permettent au bois de se déformer et notamment de se «gonfler» sans déformer la porte, contrairement au bois massif qui se déforme d'un seul bloc.

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3) Constructions « à clins »

Une autre technique est aussi mise en œuvre, toujours sur le principe de laisser le bois se déformer librement sans déformer la structure. Cette méthode s'appelle la «construction à clins» et est principalement destinée aux revêtements muraux et de toiture, ainsi qu'aux bateaux. Son principe est d'assembler un grand nombre de planches ensemble en les faisant se chevaucher légèrement tout en laissant les extrémités libres, de sorte à ce qu'elles puissent se déformer librement sans affecter la structure ni, par exemple, compromettre l'étanchéité d'un toit, et que leur retrait ne provoque pas de jour entre les planches, car elles se chevauchent encore.

Conclusion :

Le bois subi donc des déformations lorsque son taux d'humidité varie en fonction des conditions de son milieu. Cependant, ces déformations ne sont pas régulières dans tous les sens : elles sont bien plus prononcées dans le sens tangentiel et radial que dans le sens longitudinal (suivant le tronc), et ce à cause de la disposition de la lignine. Ces déformations peuvent poser de gros problèmes en menuiseries, faussant les mesures et déformant les pièces de bois, mais les ébénistes ont trouvés plusieurs parades ont pour principe de laisser le bois se déformer sans affecter la structure.

Nous avons donc expliquer les déformations du bois et les solutions trouvées. Cependant, le bois a d'autres défauts dont nous n'avons pas parlé, comme par exemple sa vulnérabilité à certains champignons et insectes qui le mangent ('lien vers l'autre article). Le bois a encore bien des secrets à révéler !

Sources :• http://fr.wikipedia.org/wiki/Bois • http://fr.wikipedia.org/wiki/Retrait_du_bois • http://www.cndb.org • http://www.cecobois.com/index.php?option=com_content&view=article&id=182&Itemid=144

Crédit photographiques :• http://www.casatv.ca/publications/renovation-bricolage/debits-de-bois-une-question-de-sens • http://www.blog.environnemental.info • http://fr.wikipedia.org • http://ac-noumea.nc • http://www.merotto.fr/solution-bois/charpente-traditionnelle.php

(certaines images ont été retouchées et recadrés grâce au logiciel « Paintnet 2.1© »)

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Annexe : Calcul de la déformation du bois d'un environnement à 21° et 5% d'humidité à un environnement à 10° et 80% d'humidité:On sait que le taux d'humidité du bois sera:

-pour le 1er environnement: 10% (voir courbe)-pour le 2nd environnement: 18%

On sait aussi que le retrait tangentielle de l'épicéa est de 9,3% d'un bois vert (>30% d'humidité) à un bois anhydre.Sm est le pourcentage de retrait (en %) et So est le retrait total (tangentiel) du bois de l’état vert à l’état anhydre (en %).

On sait que notre porte mesure 2m à 10% d'humidité.On calcule la taille To de la planche d'origine à partir de la taille à 10% d'humidité T :To-(To*Sm)= TTo-[To*9,3%*((30-10)/30)]= TTo-[To*0,093*(2/3)]=2To-[To*0,062]= 20,938*To = 2To= 2/0,938To≈ 2,13

La planche de bois vert de la porte mesurait donc 2,13m

On calcule avec la formule de calcul du retrait du bois à partir de son taux d'humidité et de sa taille initiale la taille de notre porte quand le bois a un taux d'humidité de 18% T18% :T18% =T-[T*9,3%*((30-18)/30)]T18% =T-[T*0,093*0,4]T18% =T-[T*0,0372]T18% =0,9628*TT18% =0,9628*2,13T18% ≈2,05

La porte avec un taux d'humidité de 18% mesurera environ 2,05m

note: les calculs et le raisonnement ont été construit par les auteurs, il se peut donc qu'il y ai des erreurs. Merci de les corriger.

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