Propriétés du bois

Le bois est le deuxième matériau le plus utilisé dans la construction, les meubles, les revêtements de sol et d'autres articles. Si la pierre règne toujours en maître dans la construction de bâtiments, le bois connaît depuis peu un essor fulgurant. Voici quelques faits fascinants sur le bois et ses diverses caractéristiques mécaniques, chimiques et physiques.

La couleur, le lustre, la texture, la macro-structure, l'odeur, l'humidité, le retrait, les tensions internes, le gonflement, la fissuration, le gauchissement, la densité et la conductivité acoustique-électrothermique sont quelques-unes des caractéristiques physiques fondamentales du bois. L'apparence du bois est influencée par sa couleur, son lustre, sa texture et sa macrostructure.

Différentes essences de bois se déclinent en différentes couleurs, allant du blanc (tremble, épicéa) au noir (ébène). Le bois prend de la couleur à partir des tanins, de la résine et des pigments dans les cavités cellulaires. Eh bien, dans cet article, je discuterai de toutes les propriétés du bois, notamment les propriétés physiques, chimiques, mécaniques, etc.

Propriétés du bois

Les éléments suivants énumérés ci-dessous sont les principales propriétés du bois :

• Propriétés mécaniques
• Propriétés thermiques
• Propriétés électriques
• Propriétés acoustiques
• Caractéristiques sensorielles
• Densité et gravité spécifique
• Dégradation
• Hygroscopicité
• Retrait et gonflement

• Caractéristiques sensorielles

La couleur, le lustre, l'odeur, la saveur, la texture, le grain, la figure, le poids et la dureté du bois sont des exemples de propriétés sensorielles. À des fins d'identification ou d'autres utilisations, ces caractéristiques macroscopiques supplémentaires sont utiles pour décrire une pièce de bois. Il existe des bois dans une large gamme de couleurs, bien que la majorité des bois soient des tons de blanc et de brun. Les autres couleurs incluent le jaune, le vert, le rouge et le blanc pratiquement pur. Selon les différences de couleur entre le bois de cœur, l'aubier, le bois initial, le bois final, les rayons et les canaux de résine, des variations peuvent être visibles sur une seule pièce de bois. Le blanchiment ou la teinture, ainsi qu'une exposition prolongée à l'environnement, peuvent altérer la couleur naturelle. Le robinier, le févier et quelques espèces tropicales ne sont que quelques exemples de bois brillants.

Certaines essences, telles que l'épicéa, le frêne, le tilleul et le peuplier, ont un éclat naturel particulièrement visible sur les surfaces radiales. En raison des composés volatils présents dans le bois, une odeur et un goût sont produits. Ce sont parfois des traits distinctifs utiles, bien qu'ils soient difficiles à articuler. Le terme « texture » fait référence à l'uniformité avec laquelle une surface de bois, généralement transversale, apparaît. Comme dans la texture ou le grain grossier, fin ou même, le grain est fréquemment utilisé de manière interchangeable avec la texture. Il peut également être utilisé pour décrire la direction des pièces en bois, telles que droite, en spirale ou ondulée. Parfois, le grain est utilisé à la place d'une figure, comme dans le cas du grain d'argent dans le chêne. La figure fait référence à des motifs ou motifs organiques sur des surfaces en bois (normalement radiaux ou tangentiels).

Le poids et la dureté sont considérés comme des propriétés sensorielles dans un sens diagnostique plutôt que technique; le poids est déterminé en levant simplement la main et la dureté est déterminée en appuyant avec l'ongle du pouce. Il existe des bois plus légers et plus lourds que l'on peut trouver sous les tropiques, avec des poids allant de 80 à 1 300 kg par mètre cube (5 à 80 livres par pied cube) pour le balsa et le lignum vitae, respectivement. Les bois de climat tempéré courants ont généralement un poids d'environ 300 à 900 kg par mètre cube (environ 20 à 55 livres par pied cube) dans des conditions sèches à l'air.

Densité et gravité spécifique

La gravité spécifique est le rapport du poids ou de la masse du bois à celui de l'eau, tandis que la densité est le poids ou la masse d'une unité de volume de bois. Parce que 1 cc d'eau pèse 1 gramme, la densité moyenne et la gravité spécifique du bois de sapin de Douglas sont toutes deux de 0,45 gramme par centimètre cube (g/cc), respectivement, dans le système de mesure métrique. (Un gramme par centimètre cube, ou environ 62,4 livres par pied cube, est exprimé en poids par unité de volume.) Étant donné que le bois est hygroscopique, la quantité d'humidité affecte considérablement son poids et son volume, ce qui rend la détermination de sa densité plus difficile que pour les autres. matériaux. Le poids et le volume sont calculés à des valeurs d'humidité prédéterminées pour produire des résultats similaires.

Le poids et le volume sont calculés à des valeurs d'humidité prédéterminées afin de produire des résultats similaires. Le poids sec au four (teneur en humidité presque faible) et le volume sec au four ou vert sont les normes (le vert fait référence à la teneur en humidité au-dessus du point de saturation des fibres, qui est en moyenne d'environ 30%). D'autres représentations de la densité, telles que celles basées sur le poids et le volume séchés à l'air ou le poids et le volume du bois vert, sont moins précises mais ont certaines applications pratiques, comme dans le transport du bois.

Hygroscopicité

S'il est en contact avec de l'eau, le bois peut l'absorber sous forme liquide ou sous forme de vapeur de l'air. Malgré cela, l'eau est le liquide ou le gaz le plus important que le bois puisse absorber. Le bois contient toujours de l'humidité en raison de sa nature hygroscopique, qu'il s'agisse d'un composant de l'arbre vivant ou d'un matériau. (Les termes eau et humidité sont utilisés de manière interchangeable ici.) L'humidité a un impact sur tous les aspects du bois, bien qu'il faille souligner que seule l'humidité présente dans les parois cellulaires est significative; l'humidité présente dans les cavités cellulaires ne fait guère plus qu'ajouter du poids.

Rétrécissement et gonflement

Lorsque le niveau d'humidité du bois varie en dessous du point de saturation des fibres, des changements dimensionnels se produisent. Le rétrécissement et le gonflement sont respectivement causés par le gain et la perte d'humidité. Ces changements dimensionnels sont anisotropes, ce qui signifie qu'ils diffèrent dans les directions axiale, radiale et tangentielle. Environ 0,4 %, 4 % et 8 %, respectivement, sont les valeurs de retrait moyennes. La perte de volume est d'environ 12%, mais il existe des différences importantes entre les espèces. Ces nombres sont fournis en pourcentage des dimensions vertes et correspondent aux transformations de l'état vert à l'état sec au four. La structure de la paroi cellulaire est principalement responsable du rétrécissement et du gonflement différentiels dans diverses orientations de développement.

L'orientation des microfibrilles dans les couches de la paroi cellulaire secondaire peut être utilisée pour expliquer les variations entre les directions axiale et les deux directions latérales (radiale et tangentielle), cependant, on ne sait pas pourquoi ces écarts existent dans les directions radiale et tangentielle.

Dégradation

Les bactéries, les champignons, les insectes, les foreurs marins, ainsi que les variables environnementales, mécaniques, chimiques et thermiques contribuent tous à la destruction du bois. L'aspect, la structure ou la composition chimique du bois peuvent changer en raison de la dégradation, ce qui peut avoir un impact sur les arbres, les bûches ou les produits vivants. Ces changements peuvent aller d'une décoloration mineure à des transformations irréversibles qui rendent le bois totalement sans valeur. Comme en témoignent, par exemple, les meubles et autres artefacts en bois découverts en parfait état dans les tombes des anciens pharaons égyptiens, le bois peut durer des centaines ou des milliers d'années (voir l'art égyptien). Ce n'est que sous l'influence d'éléments extérieurs que le bois se détériore ou se détruit.

Propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques, ou de résistance, du bois sont des signes de sa capacité à résister aux forces extérieures susceptibles de modifier sa taille et sa forme. La quantité et la méthode d'application de ces forces, ainsi que la densité et la teneur en humidité du bois, affectent la résistance à ces forces. Dans le sens axial, ou parallèlement au fil, les caractéristiques de résistance du bois sont sensiblement différentes de celles à travers le fil (dans le sens transversal).

La résistance du bois à la traction et à la compression (mesurée dans les directions axiale et transversale), au cisaillement, au clivage, à la dureté, à la flexion statique et au choc sont quelques-unes de ses caractéristiques mécaniques (flexion par impact et ténacité). Les tests respectifs déterminent les contraintes par unité de surface chargée (à la limite élastique et à la charge maximale) ainsi que d'autres critères de résistance, notamment la ténacité, le module de rupture et le module d'élasticité (une mesure de la rigidité). De petits spécimens transparents ayant une section transversale de 2 x 2 cm ou 2 x 2 pouces sont généralement utilisés pour les tests.

Propriétés thermiques

Même si le bois se dilate et se contracte avec les variations de température, le retrait et le gonflement provoqués par les changements de teneur en humidité sont des altérations dimensionnelles beaucoup plus importantes. Une telle dilatation et contraction liées à la température sont typiquement insignifiantes et sans conséquence pratique. Les vérifications de surface ne peuvent se produire qu'à des températures inférieures à 0 °C (32 °F); des fissures de gel peuvent se produire dans les arbres vivants en raison de la contraction inégale des couches externes et internes.

Comparé à des matériaux comme les métaux, le marbre, le verre et le béton, le bois a une faible conductivité thermique (haute capacité d'isolation thermique). Les bois légers et secs sont des isolants supérieurs car la conductivité thermique est la plus élevée dans la direction axiale et augmente avec la densité et la teneur en humidité.

Propriétés électriques

L'isolation électrique peut être trouvée dans le bois séché au four. Cependant, lorsque la teneur en humidité augmente, la conductivité électrique augmente également, ce qui fait que le bois saturé (le bois ayant la teneur en humidité la plus élevée) se comporte davantage comme de l'eau. Il convient de noter à quel point la résistance électrique chute de manière spectaculaire lorsque la teneur en humidité augmente de 0 au point auquel les fibres sont saturées. La résistance électrique chute de plus d'un milliard de fois dans cette plage, mais seulement d'environ 50 fois entre le point de saturation des fibres et la teneur en humidité la plus élevée. La résistance électrique du bois n'est généralement pas affectée par d'autres paramètres, tels que l'essence et la densité; les variations entre les espèces sont liées à la chimie des extraits. La résistance axiale est environ la moitié de la résistance transversale.

Les propriétés diélectriques ou mal conductrices du bois sont également importantes. La constante diélectrique et le facteur de puissance jouent un rôle pratique dans la fabrication de compteurs électriques (capacité et type de perte de puissance radiofréquence) pour mesurer l'humidité du bois, sécher le bois avec du courant électrique (une possibilité théorique, mais pas actuellement une réalité) et coller du bois avec un courant électrique à haute fréquence. La polarisation électrique (l'apparition de charges électriques opposées sur les côtés opposés d'une pièce) qui se produit lorsqu'une contrainte mécanique est appliquée fait que le bois montre l'effet piézoélectrique. Au contraire, le bois subit une déformation mécanique lorsqu'il est exposé à un champ électrique (changement de taille).

Propriétés acoustiques

Le bois peut à la fois créer du son (par frappe directe) et amplifier ou dévier les ondes sonores provenant d'autres objets. C'est un matériau spécial pour les instruments de musique et autres applications acoustiques en raison de ces facteurs. La taille, la densité, la teneur en humidité et le module d'élasticité du bois ont tous un impact sur la fréquence des vibrations, qui à son tour affecte la hauteur du son généré. Une densité et une élasticité plus élevées réduisent la teneur en humidité et des dimensions plus petites contribuent toutes à des sons plus aigus.

C'est tout pour cet article, où les propriétés du bois sont répertoriées et expliquées. J'espère que vous tirerez beaucoup de la lecture, si c'est le cas, merci de partager avec les autres. Merci d'avoir lu, à bientôt !