Anatomie du bois

Le bois est une matière ligneuse élaborée par un organisme vivant au milieu d’un écosystème. L’ensoleillement, la nature du terrain, l’altitude, la température ambiante, la pollution atmosphérique… interviennent directement sur la croissance des arbres.
L’épaisseur de l’aubier et des cernes annuels d’accroissement, la densité, le grain, la rétractabilité… marqueront définitivement cette croissance et révèleront en grande partie les qualités propres du bois.

  • Composition et spécificités

    L’origine végétale du bois explique ses particularités, mais aussi sa richesse et sa variété, en tant que support de finition ou matériau de structure.

    Nous vous proposons une présentation des particularités du bois comme matériau. Afin de mieux utiliser le bois il est nécessaire de connaître sa composition, ses spécificités, sa densité qui est très variable. Un tableau vous présente les différentes classes de dureté et de densité selon des essences. Le rôle de l’humidité et ses conséquences sur le matériau vivant qu’est le bois vous sont expliqués ainsi que les différentes techniques de séchage.

    Le bois est une matière ligneuse élaborée par un organisme vivant au milieu d’un écosystème. L’ensoleillement, la nature du terrain, l’altitude, la température ambiante, la pollution atmosphérique… interviennent directement sur la croissance des arbres.

    L’épaisseur de l’aubier et des cernes annuels d’accroissement, la densité, le grain, la rétractabilité… marqueront définitivement cette croissance et révèleront en grande partie les qualités propres du bois.

    Composition et spécificités

    L’origine végétale du bois explique ses particularités, mais aussi sa richesse et sa variété, en tant que support de finition ou matériau de structure.
    Le bois est une matière ligneuse élaborée par un organisme vivant au milieu d’un écosystème. L’ensoleillement, la nature du terrain, l’altitude, la température ambiante, la pollution atmosphérique… interviennent directement sur la croissance des arbres.

    L’épaisseur de l’aubier et des cernes annuels d’accroissement, la densité, le grain, la rétractabilité… marqueront définitivement cette croissance et révèleront en grande partie les qualités propres du bois.

    L’origine végétale du bois explique ses particularités, mais aussi sa richesse et sa variété, en tant que support de finition. Matériau aux caractéristiques variables, présentant des singularités plus ou moins marquées, il se distingue sur ce plan des autres matériaux utilisés dans la construction : brique, ardoise, béton, acier, PVC, etc.

    Matériau hétérogène, anisotrope et hygroscopique

    Hétérogène, car les cellules qui le composent sont de nature et de forme différentes, sa densité est irrégulièrement répartie, et des singularités de croissance différencient chaque pièce.

    Anisotrope, car le bois possède une structure cellulaire qui est orientée. Cet agencement cellulaire apparaît différemment selon les trois plans d’observation (transversal ou « bois de bout », radial ou tangentiel).

    De même, les caractéristiques physiques et mécaniques du bois varient selon ces directions. La direction axiale ou longitudinale est celle qui est parallèle à l’axe de l’arbre. La direction radiale est celle qui passe par un rayon de l’arbre perpendiculairement aux cernes d’accroissement. La section obtenue correspond au sciage « sur quartier ». La direction tangentielle est celle qui est tangente aux cernes d’accroissement à une distance variable de l’axe. Sa section correspond au sciage « sur dosse ».


    Hygroscopique, car le bois est susceptible de perdre ou de reprendre de l’humidité en fonction de la température et surtout de l’humidité relative de l’air ambiant.

    Les caractéristiques du bois restent celles d’un matériau naturel, variables d’une essence à l’autre, ainsi qu’à l’intérieur d’une même essence, voire d’un même arbre.


    Pour aller plus loin :

    La composition chimique du bois

  • Aubier/Bois parfait

    L’aubier correspond au bois physiologiquement actif, mais après quelques années les vaisseaux cessent peu à peu d’alimenter l’arbre et s’imprègnent de de différentes substances : tanins, résines…
    Cette transformation progressive en bois parfait, ou duramen, est appelée duraminisation.

    Les couches successives de vaisseaux qui se forment sous le cambium constituent l’aubier qui correspond au bois physiologiquement actif. Ces vaisseaux cessent peu à peu d’alimenter l’arbre après quelques années. Ils se bouchent et s’imprègnent de différentes substances : tanins, résines…

    Cette transformation progressive en bois parfait, ou duramen, est appelée duraminisation.

    Chez certaines essences (chêne, châtaignier, pins, douglas, mélèze…) à bois parfait distinct, l’aubier est en général plus clair que le duramen (improprement appelé « bois de coeur »), on dit alors qu’il est différencié. Il est plus ou moins imprégnable et ne résiste jamais aux champignons lignivores et aux larves xylophages. Le duramen (ou bois parfait), au contraire, possède une durabilité naturelle qui varie selon les essences ; il est, en général, peu ou pas imprégnable.

    Pour d’autres essences (sapin, épicéa, peuplier, érable…), il n’y a pas de différence de coloration entre le centre et l’extérieur de la grume, et l’aubier ne se distingue pas visuellement du duramen. Sur ces essences à aubier non différencié, les différences de porosité, qui cependant se manifestent entre aubier et bois parfait, génèrent des facultés d’absorption distinctes.

    L’aubier, plus poreux, offre une capacité d’absorption plus élevée que celle du duramen.

  • Densité / Dureté

    La densité des bois est très variable selon les espèces et à l’intérieur d’une même espèce .
    Une corrélation étroite existe entre la masse volumique et la dureté, les bois les plus denses sont les plus durs et les bois les plus légers sont les plus tendres…

    Les parois cellulaires sont plus ou moins épaisses, et les lumens de plus ou moins gros diamètre, selon les essences et leur vitesse de croissance. Les résineux à croissance rapide ont des cernes d’accroissement plus larges et forment un bois plus léger, par rapport aux mêmes essences à croissance lente. A l’opposé, les feuillus à croissance rapide ont des cernes d’accroissement plus larges et un bois plus dense par rapport aux mêmes essences à croissance lente.

    La masse volumique (ou densité) des bois est donc très variable selon les espèces (de 350 à 1 100 kg/m3) et à l’intérieur d’une même espèce (avec des variations maximales de plus ou moins 15 %).

    En tant que matériau hygroscopique, l’eau liée que le bois contient s’ajoute à la masse de la matière ligneuse. Sa masse volumique varie donc avec son humidité. Pour la densité, et en règle générale pour l’ensemble des caractéristiques physico-mécaniques, l’humidité de référence est de 12 %.

    Une corrélation étroite existe entre la masse volumique et la dureté (tableau) : les bois les plus denses sont les plus durs et les bois les plus légers sont les plus tendres. L’échelle de dureté des bois est exprimée en indice Chalais-Meudon (selon la norme NF B 51-013). C’est le principal critère technique de sélection d’une essence en parquet et en escalier.

    Classes de densité et de dureté
    Densité
    Dureté (Chalais-Meudon)
    Essences
    Bois très lourds et très durs
    0,85
    9
    Azobé, ipé
    Bois lourds et durs
    0,70 – 0,85
    5 – 9
    Charme, movingui, chêne dur
    Bois mi-lourds et mi-durs
    0,56 – 0,70
    2,5 – 5
    Niangon, iroko, châtaigner, chêne tendre, pins
    Bois légers et tendres
    0,45 – 0,55
    1,25 – 2,5
    Framiré, douglas, épicéa, sapin, pins
    Bois très légers et très tendres
    0,45
    1,25
    Western red cedar, séquoia, peuplier
  • Bois et eau

    Au moment de l’abattage, le bois peut contenir plus d’eau que de matière-bois ; parfois deux fois plus dans certains peupliers. L’humidité est alors supérieure à 100 %. Mais le bois va « jouer »….

    L’humidité du bois

    La mesure de l’humidité d’un bois est définie comme le rapport de la masse d’eau qu’il contient sur sa masse anhydre. Elle s’exprime par la formule suivante :

    Humidité (%) = (Masse humide – Masse anhydre) x 100 / Masse anhydre

    Au moment de l’abattage, le bois peut contenir plus d’eau que de matière-bois ; parfois deux fois plus dans certains peupliers. L’humidité est alors supérieure à 100 %.

    Les vides cellulaires d’un bois vert sont remplis d’eau libre. Elle s’évacuera progressivement par évaporation, sans que le bois ne subisse de retrait ou de déformation : c’est la phase dite de « ressuyage ».

    Lorsque l’eau libre a entièrement disparu (point de saturation), il ne reste que l’eau liée qui imprègne les membranes des cellules. Le départ de cette eau liée entraîne des phénomènes de retrait et de déformation.

    Le point de saturation des fibres, en dessous duquel se manifeste le « jeu du bois », est de l’ordre de 30 % pour toutes les essences.

    Le retrait et le gonflement sont directement proportionnels à la diminution ou à l’augmentation du taux d’humidité du bois. L’amplitude des variations dimensionnelles observées dépend :

    de la direction par rapport au fil du bois (axiale, radiale ou tangentielle),
    de l’essence, du nombre de points d’humidité perdus ou repris ente 0 et 30 %.

    Chaque essence est caractérisée par trois coefficients de rétractabilité qui expriment les variations dimensionnelles d’une pièce de bois pour une variation d’humidité de 1 %,

    selon chacune des trois directions :

    • Le retrait axial,
    • Le retrait radial (débit sur quartier),
    • Le retrait tangentiel (débit sur dosse).

    Le retrait est très fortement anisotrope. Le retrait axial est si faible qu’il est pratiquement négligeable. C’est dans le sens tangentiel qu’il est le plus important, il est environ 1,5 à 2 fois plus élevé que le retrait radial. Cependant, pour quelques essences, les retraits radial et tangentiel sont presque identiques : ces essences sont moins sensibles aux fentes de séchage.

    Les retraits tangentiel, radial et axial

    La rétractabilité conditionne la stabilité en ambiance extérieure d’une essence. On distingue ainsi les essences :

    • À fort retrait : chêne, hêtre, azobé, etc.,
    • À retrait moyen : résineux en général,
    • À retrait faible : sipo, iroko, noyer, peuplier, acajou, etc.

    Une finition extérieure sera donc plus sollicitée sur un support en bois à fort retrait débité sur dosse (retrait tangentiel), que sur un élément en bois à retrait faible ou moyen débité sur quartier (retrait radial).

    L’équilibre hygroscopique

    En fonction de la température et surtout de l’humidité de l’air ambiant, le bois se stabilise à une humidité d’équilibre, dite équilibre hygroscopique, qui est pratiquement indépendante de l’essence du bois.

    Sous le climat tempéré existant en France pendant la période la plus sèche, les conditions atmosphériques sont de l’ordre de 20°C et 70 % d’humidité relative de l’air (HR), ce qui correspond à un équilibre hygroscopique du bois d’environ 13 %. Pendant la période la plus humide, les conditions atmosphériques sont de l’ordre de 0 à 5°C et 85 % HR, ce qui correspond à un équilibre hygroscopique du bois de l’ordre de 19 %.

    Ainsi, un ouvrage en bois situé à l’extérieur (fenêtres, volets, bardages) verra son humidité tendre vers 13 % en été et vers 19 % en hiver. Pour que le jeu du bois soit minimal, il faudra que son humidité se situe au milieu de la fourchette de variation, soit 15 à 16 %. En finition extérieure, il faudra par ailleurs tenir compte des phénomènes de point de rosée qui peuvent modifier considérablement l’humidité de la surface du bois.

    De même, un bois situé à l’intérieur d’une maison chauffée verra son humidité varier selon les saisons. En été, les conditions de température et d’humidité relative de l’air sont voisines des conditions extérieures : l’équilibre hygroscopique du bois est de l’ordre de 12 à 13 %. En revanche, en hiver, la température est de 20°C et l’humidité relative de l’air est voisine de 30 % : l’humidité d’équilibre se situera autour de 7 %. L’humidité moyenne des bois lors de la fabrication des ouvrages intérieurs (parquets, lambris, portes) doit donc être voisine de 10%.


  • Séchage

    Afin d’éviter que le bois ne subisse des retraits après mise en oeuvre, ce qui pourrait entraîner des désordres notamment dans les assemblages, il est indispensable de le sécher avant tout usinage et utilisation en construction.
    Afin d’éviter que le bois ne subisse des retraits après mise en oeuvre, ce qui pourrait entraîner des désordres notamment dans les assemblages, il est indispensable de le sécher avant tout usinage et utilisation en construction.Ce séchage peut être réalisé naturellement en stockant le bois sous abri, en piles bien ventilées, avec litelage entre chaque rangée de planches et à une hauteur suffisante du sol.

    Cette méthode a l’inconvénient d’immobiliser les stocks de bois pendant plusieurs mois, ce qui représente des frais financiers importants, de plus elle ne permet pas d’atteindre les taux d’hygrométrie exigés pour certaines applications : parquets, lamellé collé, etc.
    Afin de pallier les inconvénients du séchage naturel, des méthodes de séchage artificiel ont été mises au point dans des cellules de séchage à plus ou moins haute température et dont le taux d’humidité de l’air ambiant est parfaitement maîtrisé.
    Le séchage doit être conduit de façon à ce que l’eau enlevée par évaporation en surface soit remplacée au fur et à mesure par celle qui provient de l’intérieur des pièces de bois.
    Si l’évaporation est trop rapide, il se produit un glaçage de la surface, la cémentation, qui empêche la migration de l’eau vers l’extérieur.

    Un écart trop important d’humidité entre les parties extérieure et intérieure d’une même pièce provoque, par suite des différences de retrait, des efforts internes et superficiels rendant le bois totalement ou partiellement inutilisable.

    On devra donc veiller en permanence à ne pas trop augmenter la vitesse d’évaporation. Pour certaines essences, un retrait anormal, provenant de l’application d’une trop forte température, peut entraîner un effondrement localisé des cellules du bois (collapse). En général, on applique des températures plus basses au début qu’à la fin du séchage.

    La conduite du séchage dépend notamment de l’essence du bois, de sa qualité, de son humidité initiale, de l’épaisseur des pièces… Ces caractéristiques devront être les mêmes pour l’ensemble d’un lot à sécher : il ne faut pas mélanger les essences et les épaisseurs. Les tables de séchage, établies pour les principales essences et épaisseurs, concernent la régulation de la température, de l’humidité relative et de la vitesse de l’air selon l’humidité du bois pendant les différentes phases du séchage. De même, le litelage ne doit pas être réalisé avec une essence à tanin, pour ne pas marquer.

    La conduite d’une opération de séchage peut être manuelle, semi-automatique ou automatique, à l’aide des mesures faites sur les caractéristiques de l’air et sur l’humidité du bois, suivies par l’intermédiaire de sondes. Des contrôles réguliers sont nécessaires pour un séchage de qualité.

    La durée du séchage à l’air chaud climatisé est très variable selon l’essence et l’épaisseur.

    A titre indicatif, pour amener de 50 % à 12 % des sciages avivés de 27 mm d’épaisseur, il faut environ 20 jours pour du chêne et seulement 3 jours pour du sapin.

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