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Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)
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MASTER THESIS
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Caractérisation et valorisation du bois d'épicéa commun de faible diamètre en construction.

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García, Diego ULiège
Promotor(s) : De Mil, Tom ; Descamps, Thierry
Date of defense : 21-Aug-2023 • Permalink : http://hdl.handle.net/2268.2/18199
Details
Title : Caractérisation et valorisation du bois d'épicéa commun de faible diamètre en construction.
Author : García, Diego ULiège
Date of defense  : 21-Aug-2023
Advisor(s) : De Mil, Tom 
Descamps, Thierry 
Committee's member(s) : Monty, Arnaud ULiège
Rondeaux, Jean-François ULiège
Henin, Jean-Marc 
Language : French
Keywords : [fr] bois
[fr] valorisation
[fr] construction
[fr] séchage
[fr] flexion
[fr] compression
[fr] rendement
Discipline(s) : Engineering, computing & technology > Materials science & engineering
Research unit : Laboratoire de Technologies du Bois
Department of Structural Mechanics – Timber Research Group , Université de Mons
Target public : Researchers
Professionals of domain
Student
General public
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Degree: Master en bioingénieur : gestion des forêts et des espaces naturels, à finalité spécialisée
Faculty: Master thesis of the Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)

Abstract

[fr] Dans les forêts du monde entier, une surabondance des bois de faible diamètre participe à l’affaiblissement de la santé des forêts et les expose à un risque accru d’incendies, de dégradation de l’environnement et d’attaques d’insectes. Ce manque d’action de la part des gestionnaires forestiers est dû à l’absence de secteurs rentables pour valoriser ce bois, qui est donc laissé sur place. Or, une meilleure caractérisation de ces petits arbres permettrait leur valorisation dans des marchés à haute valeur ajoutée, comme dans certains segments du secteur de la construction.
Cette étude prend place dans ce contexte en déterminant le potentiel de valorisation du bois d’épicéa commun de petit diamètre faiblement transformé en tant qu’élément structurel d’un mur en ossature bois. 40 billons d’épicéas ont été préusinés selon cinq modalités : (1) bois rond ; (2) bois rond avec deux fentes de décharge ; (3) bois rond avec une fente de décharge ; (4) bois équarri deux faces ; (5) bois équarris deux faces avec deux fentes de décharges. Leur comportement au séchage a été évalué par une norme de classement qualitatif du bois et par des mesures de fissuration en surface (nombre et longueur totale). Deux membrures par modalité ont été testées en grandeur réelle pour déterminer leur module d’élasticité (MOE) et leur résistance à la compression. Le MOE des membrures issues de la modalité 1 a été comparé à celui d’une poutre de section standard d’ossature bois sciée à partir de ces poutres. Enfin le rendement au sciage d’une faible transformation est évalué et ainsi qu’une potentielle voie de valorisation de ces membrures.
La clé de qualification visuelle pré- et post-séchage a relevé des modifications de trois paramètres : le fils tors, la courbure et les fentes de cœur. Les fentes de décharges doubles et simples ont réduit le nombre de fissures de façon très hautement significative. Cependant, elles sont à l’origine d’apparition des fentes de cœur importantes. L’équarrissage a permis de réduire de manière significative la fissuration, mais il est susceptible d’être à l’origine d’un vrillage important. Concernant les tests de flexion, aucune différence significative n’est observée selon les modalités de préusinage, pour un MOE moyen de 12,61GPa. La résistance à la compression des éprouvettes est d’en moyenne 39,99MPa, compris dans une fourchette de valeurs allant de 31,72 à 50,93MPa. Il n’y a pas de différence significative entre le MOE du bois scié deux faces et quatre faces. Enfin, le rendement matière d’une faible transformation est d’en moyenne 69,18% contre 35,1% pour des bois avivés.
Les résultats de la fissuration, du niveau de déformation et des performances mécaniques du bois ont probablement été impactés de manière significative par le faible taux d’humidité atteint (moyenne de 8,6%). Les résultats du séchage indiquent néanmoins que le meilleur traitement du bois de faible diamètre est la forme ronde préfendue deux fois. Ce traitement implique cependant un coût supplémentaire dans le processus de fabrication. Le MOE et la densité du bois de faible diamètre excèdent les valeurs moyennes rapportées dans la littérature. Ainsi, les performances mécaniques des membrures testées correspondent à une classe de résistance C30. Bien qu’il n’y ait pas de différence entre les MOE du bois scié deux ou quatre faces, la première méthode ajoute un surplus matière au bois, améliorant considérablement sa rigidité. Concernant le rendement matière, l’approche d’une faible transformation se démarque nettement en termes d’efficacité par rapport à l’équarrissage traditionnel, avec une mise en œuvre simple qui peut être intégrée dans les processus existants des scieries.
Bien que des recherches sur le bois de faible diamètre doivent continuer à être menées, cette étude apporte des éclairages substantiels sur divers aspects du matériau, couvrant les domaines du séchage, des performances mécaniques et du rendement. Les résultats obtenus remettent en question certaines notions préconçues et ouvrent la voie à des perspectives novatrices pour l'utilisation du bois de faible diamètre dans des applications structurelles. Le bois de faible diamètre présente la possibilité d’être valorisé en structure et permettrait l’utilisation d’une ressource actuellement sous-valorisée.

[en] In forests all over the world, an overabundance of small-diameter wood is contributing to the weakening of forest health and exposing them to increased risk of fire, environmental degradation and insect attack. This lack of action on the part of forest managers is due to the absence of profitable sectors in which to exploit this wood, which is therefore left in place. However, a better characterization of these small trees would enable them to be valorized in high value-added markets, such as segments of the construction sector.
This study takes place in this context by determining the value-added potential of small-diameter, lightly processed common spruce lumber as a structural element of a timber-frame wall. 40 spruce logs were pre-milled according to five modalities: (1) round timber; (2) round timber with two discharge slots; (3) round timber with one discharge slot; (4) two-sided squared timber; (5) two-sided squared timber with two discharge slots. Drying behavior was assessed by means of a wood quality grading standard and surface cracking measurements (number and total length). Two members per modality were tested at full scale to determine their modulus of elasticity (MOE) and compressive strength. The MOE of the members from modality 1 was compared with that of a standard cross-section timber-frame beam sawn from these beams. Finally, the sawing yield of a low transformation is evaluated, and a potential recycling route for these members is proposed.
The pre- and post-drying visual qualification key identified changes in three parameters: twisted wires, curvature and heart splits. Double and single discharge cracks reduced the number of cracks by a highly significant amount. However, they are also responsible for the appearance of significant core cracks. Squaring significantly reduced cracking, but is likely to be the cause of significant twisting. Regarding bending tests, no significant differences were observed between pre-machining methods, for an average MOE of 12,61GPa. Specimen compressive strength averaged 39,99MPa, ranging from 31,72 to 50,93MPa. There was no significant difference between the MOE of two-sided and four-sided sawn timber. Finally, the material yield of low-processed lumber averaged 69,18%, compared with 35,1% for edged lumber.
The results for cracking, deformation level and mechanical performance of the lumber were probably significantly impacted by the low moisture content achieved (average 8,6%). The drying results nevertheless indicate that the best treatment for small-diameter lumber is the twice-preferred round shape. However, this treatment implies an additional cost in the manufacturing process. The MOE and density of small-diameter lumber exceed the average value reported in the literature. As a result, the mechanical performance of the members tested corresponds to strength class C30. Although there is no difference between the MOE of two-sided and four-sided sawn timber, the former method adds extra material to the timber, considerably improving its stiffness. In terms of material yield, the low-processing approach stands out clearly in terms of efficiency compared with traditional squaring, with simple implementation that can be integrated into existing sawmill processes.
Although further research into small-diameter timber is required, this study sheds substantial light on various aspects of the material, covering the areas of drying, mechanical performance and yield. The results challenge certain preconceived notions and open the way to innovative approaches for the use of small-diameter wood in structural applications. Small-diameter wood has the potential to be put to good use in structural applications, enabling the use of a resource that is currently undervalued.


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Access TFE_Diego_GARCIA.pdf
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Size: 14.33 MB
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Author

  • García, Diego ULiège Université de Liège > Gembloux Agro-Bio Tech

Promotor(s)

  • De Mil, Tom Université de Gand - UGent > Faculty of Bioscience Engineering > Laboratory of Wood Technology - Woodlab
  • Descamps, Thierry Université de Mons > Faculté Polytechnique > Department of Structural Mechanics - Timber Research Group

Committee's member(s)

  • Monty, Arnaud ULiège Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Biodiversité et Paysage
    ORBi View his publications on ORBi
  • Rondeaux, Jean-François ULiège Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Département GxABT
    ORBi View his publications on ORBi
  • Henin, Jean-Marc Centre Wallon de Recherches Agronomiques > Connaissance et valorisation des produits > Laboratoire de Technologie du Bois
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