Thématiques des 12e Journées Scientifiques
La durabilité du matériau bois


LE BOIS

Un terme hautement polysémique

La bois est un matériau naturel végétal ne se trouvant que sur la plus grande partie du tronc des plantes ligneuses. Une norme française a été établie pour définir la nomenclature du bois. Il s’agit de la norme NF B 50-003, selon laquelle le bois est « un ensemble de tissus résistants secondaires qui forment les troncs, branches et racines des plantes ligneuses. Issu du fonctionnement du cambium périphérique, il est situé entre celui-ci et la moelle ».

Paléobotanique : l’apparition du bois sur Terre
La datation de l’apparition du bois sur notre planète semble a priori difficile, étant donné son caractère biodégradable. Heureusement, le bois peut voyager très longtemps à travers les âges. C’est par exemple le cas du bois pétrifié, c’est-à-dire fossilisé. C’est à deux fossiles de plantes découverts en France, dans le Maine-et-Loire, que l’on doit la plus ancienne datation de présence de bois sur la planète. L’analyse de ces précieuses plantes fossilisées de 20 cm de hauteur pour la plus grande et à tiges de bois permit aux scientifiques de les dater de la période géologique du début du Dévonien. Ce qui porte le nombre de bougies du bois sur Terre à quelque 407 millions. L’origine du bois sur Terre daterait donc de 407 000 000 d’années.

La thématique des 12e journées Scientifiques du GDR des Sciences du bois sera articulée autour de « La durabilité de la forêt et du bois ». La durabilité du bois, qu’elle soit naturelle comme le chaignier et le Douglas, ou qu’elle soit conférée après des mofifications chimiques ou biologiques de biomsse La durabilité du bois sont des thématiques de recherche récurrentes des enseignants-chercheurs de l’université de Limoges, qui ont, en 2019, été amplifié avec la création de la chaire d’excellence Internationale « Resources Forestière et Usages du Bois (SylvaLIM) ». La manifestation s’articulera autour de 4 temps fort dont une demi journée sera consacrée à des conférences grand publique sur le le bois dans la ville. Les 4 temps forts seront articulé autour:

  • Durabilité naurelle
  • Durabilité conférée
  • Résilience temporelle
  • Durabilité vue par le génie civil

DE L'ARBRE AU BOIS

Une approche multi-échelle

L’idée mythique d’un vaste espace initialement recouvert de forêts primaires (la « Gaule chevelue » de César), la stabilité légendaire des arbres cache un paysage en évolution. Ce n’est qu’à la fin de la dernière glaciation (entre - 14 000 et - 10 000 ans) que les essences que nous connaissons furent en mesure de se développer. Puis, au Néolithique, l’exploitation agricole commença à changer l’aspect du paysage. Très tôt, on vit dans la forêt une source de richesse à entretenir et à exploiter. Qui dit forêt dit bois et le bois a été et reste le centre d’intérêt des propriétaires de forêts, au premier rang desquels l’État, précocement constitué en France.

Issu de l’activité biologique du cambium prévasculaire de l’arbre, le bois est un matériau biologique  constitué ; caractéristique importante qui limite et/ou démultiplie son utilisation. Depuis de nombreuses années, les recherches entreprises visent essentiellement à maîtriser cette variabilité et notamment, à prédire les propriétés en fonction des conditions de production. Ces objectifs sont rendus particulièrement difficiles par la complexité de la structure du bois.

  • À léchelle de l’arbre, le tronc est constitué de nombreuses couches concentriques visibles à l’œil nu sur une coupe transversale (Figure 1). Celles-ci, appelées « accroissements » ou « cernes annuels » sont le résultat de l’activité de différenciation cellulaire de l’assise génératrice cambiale (ou cambium vasculaire) située à l’interface entre l’aubier et le liber.
  • À léchelle de l’accroissement annuel, l’observation permet de constater à l’œil nu qu’il est fortement hétérogène. La nature et l’organisation des cellules qui le composent constituent  le « plan ligneux » de l’arbre. Ce caractère, contrôlé génétiquement, diffère d’une espèce à l’autre. Par son hétérogénéité, celui du chêne (Figure 2) est certainement l’un des plus complexes de nos essences européennes. Un cerne annuel peut être séparé en trois grandes parties: (i) la zone initiale poreuse. C’est le bois de printemps, caractérisé ici par ses gros vaisseaux entourés essentiellement de parenchyme longitudinal, (ii) la zone finale (bois d’été). De densité plus forte, elle est composée de plages de fibres, de parenchyme longitudinal et de petits vaisseaux et (iii) les rayons ligneuxdont la forme et la disposition suivant la direction radiale en font des élément particuliers du plan ligneux. Constitués de cellules de parenchyme radial (cellules dont le grand axe est orienté suivant la direction radiale), ils peuvent être unisériés ou multisériés ; pouvant alors atteindre plusieurs centaines de micromètres d’épaisseur (dans la direction tangentielle) et plusieurs centimètres dans la direction longitudinale 
  • À léchelle des tissus, la forme et l’organisation des cellules qui les composent constituent une autre échelle d’hétérogénéité. La Figure 3 montre un exemple de cette organisation cellulaire dans le cas d’un rayon ligneux (vue dans le plan longitudinal- tangentiel).
  • À léchelle pariétale, on observe encore une hétérogénéité, celles-ci étant formées par un empilement de couches qui diffèrent par leur épaisseur et leur composition. En particulier, celles-ci contiennent des microfibrilles (elles-mêmes constituées de macromolécules) noyées dans une matrice. Leur orientation par rapport au grand axe de la cellule est un paramètre capital dans la compréhension de certaines propriétés du bois

Durabilité naturelle

La durabilité naturelle fait référence à la capacité d’un matériau, d’un produit ou d’un système à maintenir ses caractéristiques et ses performances dans le temps, sans nécessiter de traitements ou de modifications artificielles. L’idée sous-jacente est de favoriser des solutions durables qui s’inspirent des processus et des cycles naturels pour minimiser l’impact sur l’environnement. Dans le contexte des matériaux de construction, par exemple, la durabilité naturelle peut être associée à l’utilisation de matériaux renouvelables et non toxiques, tels que le bois provenant de sources certifiées durables. Ces matériaux peuvent avoir une empreinte écologique plus faible tout au long de leur cycle de vie, de l’extraction des matières premières à leur élimination ou leur recyclage. La durabilité naturelle peut également être appliquée aux systèmes et aux pratiques agricoles. Par exemple, l’agriculture biologique privilégie des méthodes de culture respectueuses de l’environnement, en évitant l’utilisation de produits chimiques synthétiques et en favorisant la biodiversité. Cela contribue à la santé des sols, à la préservation de la qualité de l’eau et à la protection de la faune et de la flore locales. Enfin, la durabilité naturelle peut être étendue aux stratégies d’aménagement urbain et de planification territoriale. Cela implique de concevoir des environnements urbains qui favorisent la mobilité douce, la gestion durable des ressources, la préservation des espaces verts et la résilience aux changements climatiques. En résumé, la durabilité naturelle repose sur l’utilisation de ressources renouvelables, la minimisation des impacts environnementaux et la promotion de solutions qui s’inspirent des processus naturels pour assurer une durabilité à long terme.
Durabilité conférée

La durabilité conférée fait référence à la capacité d’un matériau, d’un produit ou d’un système à être traité ou modifié de manière à améliorer sa durabilité et sa résistance aux contraintes environnementales. La durabilité conférée peut être obtenue par le biais de différentes techniques et approches. Par exemple, certains matériaux peuvent être traités avec des produits chimiques ou des revêtements spéciaux pour améliorer leur résistance à la corrosion, à l’usure ou aux intempéries. Ces traitements peuvent prolonger la durée de vie utile d’un matériau ou d’un produit, réduisant ainsi la nécessité de les remplacer fréquemment. Dans le domaine de la construction, la durabilité conférée peut être réalisée par l’ajout d’adjuvants ou d’additifs aux matériaux de construction pour améliorer leurs propriétés. Par exemple, l’ajout de fibres de renforcement dans le béton peut améliorer sa résistance et sa durabilité, tandis que l’ajout de stabilisateurs UV aux revêtements extérieurs peut les protéger des effets nocifs du rayonnement solaire. La durabilité conférée peut également être réalisée par des pratiques de gestion appropriées. Par exemple, l’application de bonnes pratiques de maintenance et d’entretien peut prolonger la durée de vie des équipements et des infrastructures, réduisant ainsi la nécessité de les remplacer prématurément. De même, l’utilisation de systèmes de gestion de l’énergie et de l’eau peut contribuer à réduire la consommation et à prolonger la durée de vie des ressources. Il est important de noter que la durabilité conférée ne se substitue pas à la durabilité naturelle, mais peut être considérée comme un complément visant à améliorer la durabilité des matériaux, des produits ou des systèmes existants. L’objectif ultime reste de minimiser l’impact sur l’environnement et de favoriser des solutions durables sur le plan écologique, économique et social.
Résilience temporelle

Le bois archéologique fait référence au bois qui a été préservé dans des contextes archéologiques, souvent enfoui dans le sol pendant de longues périodes. Ce type de bois peut fournir des informations précieuses sur les cultures anciennes, les techniques de construction, les activités humaines et l’environnement de l’époque. Le processus de préservation du bois archéologique varie en fonction des conditions environnementales dans lesquelles il a été préservé. Dans certains cas, le bois peut être fossilisé, ce qui signifie qu’il est remplacé par des minéraux au fil du temps. Dans d’autres cas, le bois peut être imprégné par des sels minéraux ou préservé grâce à une absence d’oxygène, une humidité constante ou des environnements acides. Lorsque les chercheurs découvrent du bois archéologique, ils utilisent des méthodes d’analyse pour étudier ses caractéristiques physiques, chimiques et structurales. Cela peut inclure des techniques telles que la dendrochronologie, qui permet de dater les échantillons de bois en analysant leurs anneaux de croissance, ou la spectrométrie de masse, qui peut révéler la composition chimique du bois. Le bois archéologique peut fournir des informations précieuses sur l’histoire ancienne. Par exemple, les artefacts en bois peuvent révéler des techniques de construction, des motifs décoratifs, des outils utilisés et même des informations sur le commerce et les échanges culturels. Les échantillons de bois peuvent également fournir des informations sur l’environnement ancien, y compris les changements climatiques, la végétation et l’utilisation des terres à l’époque. Il est important de noter que le bois archéologique est souvent fragile et nécessite des soins spéciaux pour sa conservation. Des techniques de préservation appropriées, telles que la stabilisation, le séchage contrôlé et la protection contre les insectes et les champignons, sont utilisées pour préserver ces artefacts uniques. En résumé, le bois archéologique est un matériau précieux qui permet aux chercheurs de mieux comprendre l’histoire ancienne. Son étude et sa préservation offrent des informations précieuses sur les cultures passées, les techniques de construction et l’environnement de l’époque.
Modelling and AI for Materials Science

Le bois est un matériau de construction largement utilisé dans le génie civil en raison de ses avantages en termes de durabilité, de résistance et de performances environnementales. Voici quelques aspects de la durabilité du bois dans la construction et le génie civil : Durabilité structurelle : Le bois est un matériau structurellement solide et résistant lorsqu’il est correctement conçu, traité et installé. Il a une excellente résistance aux charges de compression et de traction, ce qui en fait un matériau adapté à de nombreuses applications de génie civil, telles que les charpentes, les poutres, les colonnes, les planchers, etc. Durabilité environnementale : Le bois est considéré comme un matériau de construction durable d’un point de vue environnemental. Il est renouvelable, car il est issu de forêts gérées de manière durable et peut être replanté. La production de bois nécessite également moins d’énergie et génère moins de gaz à effet de serre par rapport à d’autres matériaux de construction comme le béton ou l’acier. Stockage du carbone : Le bois est un réservoir naturel de carbone. Les arbres absorbent le dioxyde de carbone de l’atmosphère lorsqu’ils poussent, et ce carbone est stocké dans le bois même après la récolte. En utilisant du bois dans la construction, on peut contribuer à la réduction des émissions de gaz à effet de serre en emprisonnant le carbone sur une longue période. Isolation thermique : Le bois a une bonne performance en matière d’isolation thermique, ce qui peut contribuer à réduire les besoins de chauffage et de climatisation dans les bâtiments. Cela permet de réaliser des économies d’énergie et de réduire l’empreinte carbone des structures en bois. Facilité de recyclage : Le bois peut être facilement recyclé et réutilisé à la fin de sa vie utile. Il peut être transformé en copeaux, en granulés de bois ou utilisé comme biomasse pour la production d’énergie renouvelable. Cependant, il est important de noter que la durabilité du bois dans la construction dépend également de sa bonne gestion, de son entretien régulier et de la mise en œuvre de bonnes pratiques de construction. Cela inclut la protection contre l’humidité, les insectes et les champignons, ainsi que la prévention des incendies par l’utilisation de traitements ignifuges. En résumé, le bois offre de nombreux avantages en termes de durabilité dans la construction et le génie civil. Il présente des performances structurelles solides, une durabilité environnementale, la capacité de stocker le carbone, une bonne isolation thermique et la possibilité d’être recyclé. Cependant, une gestion et un entretien appropriés sont essentiels pour assurer sa durabilité à long terme.