Guide essentiel du bois : usages, histoire et applications modernes

Depuis des millénaires, le bois sert de combustible, matériau de construction, fabrication d'outils et d'armes, meubles et papier. Récemment, il est devenu une matière première pour produire du cellophane et d'autres dérivés de la cellulose, comme l'acétate de cellulose. Aujourd'hui, les professionnels du travail du bois et du génie civil connaissent la valeur inestimable du bois. C'est pourquoi le bois est un sujet incontournable.

Dans cet article, nous répondrons aux questions suivantes :

• Qu'est-ce que le bois ?
• Quels sont les usages du bois ?
• Quelles sont les propriétés du bois ?
• Quels sont les différents types de bois ?
• Comment le bois est-il produit ?

Plongeons dans le sujet !

Qu'est-ce que le bois ?

Le bois est une substance organique issue de l'arbre vivant, à texture fibreuse, hétérogène et anisotrope. C'est l'un des plus anciens matériaux de construction. Depuis la préhistoire, l'humanité utilise le bois pour l'abri et la protection. Du fait du déclin des forêts (multiples facteurs), de la difficulté à remplacer les arbres abattus ou de leur croissance lente, la valeur du bois a augmenté. Outre son utilisation comme matériau porteur ou esthétique dans les modèles et échafaudages, le bois sert pour les éléments de toiture, la menuiserie et les revêtements. De plus, des matériaux de construction manufacturés à partir de sous-produits de l'industrie du bois (copeaux, sciure, poussière) incluent les panneaux de particules, MDF et contreplaqué. Le bois d'œuvre est un bois traité et débité en dimensions standardisées.

Dans les tiges et racines des arbres et autres plantes ligneuses, le bois est une substance structurale poreuse et fibreuse. C'est une matière organique composée de fibres de cellulose, résistantes à la traction, enfermées dans une matrice de lignine, résistante à la compression. Dans l'arbre vivant, le bois assure un rôle de soutien, permettant aux plantes ligneuses de grandir ou de se tenir droites. On définit parfois le bois comme le seul xylème secondaire dans les tiges des arbres, ou plus largement pour inclure le même type de tissu ailleurs, comme dans les racines d'arbres ou d'arbustes. Il assure aussi le transport des nutriments et de l'eau entre les racines, les tissus en croissance et les feuilles.

Quels sont les usages du bois ?

Voici les usages courants du bois :

• Combustible
• Bois à pâte
• Construction
• Produits engineered
• Mobilier et ustensiles
• Art
• Équipements sportifs et de loisirs
• Autres

Combustible

Aujourd'hui, principalement dans les zones rurales du monde, le bois est encore utilisé comme combustible, comme depuis très longtemps. Le bois dur est recommandé car il produit moins de fumée et brûle plus lentement que le bois tendre. Un poêle à bois ou une cheminée apporte généralement chaleur et ambiance à une maison.

Bois à pâte

Le terme « bois à pâte » désigne le bois cultivé exclusivement pour la fabrication du papier.

Construction

Depuis les premières huttes, maisons et bateaux, le bois joue un rôle majeur dans la construction. Jusqu'à la fin du 19e siècle, presque tous les bateaux étaient en bois, et le bois reste fréquent dans la construction navale. L'orme était spécifiquement choisi car, tant qu'il restait humide, il résistait à la pourriture (il servait aussi de tuyaux d'eau avant la plomberie moderne).

En Amérique du Nord, « lumber » (bois d'œuvre) désigne le bois de construction. « Timber » désigne les planches sciées utilisables, tandis que « lumber » désigne souvent les arbres abattus ailleurs. En Europe médiévale, le chêne était le matériau de tous les bâtiments en bois : poutres, murs, portes, planchers. Aujourd'hui, une plus grande variété de bois est employée : peuplier, pin à petits nœuds, douglas pour les portes pleines.

Produits engineered

La construction et l'industrie utilisent fréquemment des produits en bois engineered, composants collés « conçus » pour des critères de performance spécifiques à l'application. Pour créer une unité structurelle composite plus forte et plus efficace, on colle ensemble des brins, placages, bois d'œuvre ou autres fibres de bois.

Ces produits incluent : bois à brins parallèles, poutres en I, bois de placage stratifié (LVL), et autres bois composites structuraux (SCL). Les panneaux structuraux en bois (contreplaqué, OSB, panneaux composites) en font aussi partie. En 1991, environ 100 millions de m³ de bois servaient à cela. Selon les tendances, les panneaux de particules et fibres devraient supplanter le contreplaqué.

Mobilier et ustensiles

Depuis longtemps, le bois est un matériau populaire pour chaises, lits et autres meubles. Il sert aussi pour les manches d'ustensiles (cuillère en bois, crayon), outils et couverts (baguettes, cure-dents).

Art

Depuis des millénaires, le bois est un medium artistique populaire pour la sculpture. Exemples : les totems sculptés dans des grumes de conifères (souvent cèdre rouge de l'Ouest) par les tribus autochtones d'Amérique du Nord. Autres usages artistiques :

• Gravure et estampe sur bois (xylogravure)
• Support de peinture (peinture sur panneau)
• De nombreux instruments de musique sont majoritairement ou entièrement en bois

Équipements sportifs et de loisirs

De nombreux équipements sportifs sont ou étaient en bois. Exemple : le saule blanc pour les battes de cricket. Les battes de baseball autorisées en MLB sont généralement en frêne, hickory, et plus récemment érable (bien que plus fragile). Les parquets des terrains NBA sont souvent en marqueterie.

Autres

Nouvelles utilisations : colle à base de lignine, emballages alimentaires recyclables, substituts de pneus en caoutchouc, traitements médicaux antibactériens, textiles ou composites haute résistance. De nouveaux produits sophistiqués arriveront sur le marché alors que scientifiques et ingénieurs continuent d'étudier et développer de nouveaux procédés pour extraire différents composants du bois ou le modifier (ajout de composants). La surveillance électronique de l'humidité peut améliorer la protection du bois de nouvelle génération.

Quelles sont les propriétés du bois ?

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

Caractéristiques sensorielles

La couleur, le lustre, l'odeur, la saveur, la texture, le fil, le dessin, le poids et la dureté du bois sont des propriétés sensorielles. Pour fins d'identification ou autres, ces caractéristiques macroscopiques supplémentaires aident à décrire un morceau de bois. Les bois existent dans une large gamme de couleurs, bien que la plupart soient des tons de blanc et brun. Autres couleurs : jaune, vert, rouge, blanc presque pur. Selon les différences de couleur entre bois de cœur, aubier, bois initial, bois final, rayons et canaux résinifères, des variations peuvent apparaître sur une seule pièce. Blanchiment, teinture ou exposition prolongée à l'environnement peuvent altérer la couleur naturelle. Robinier faux-acacia, févier d'Amérique et quelques espèces tropicales sont des exemples de bois brillants.

Densité et gravité spécifique

La gravité spécifique est le rapport du poids ou de la masse du bois à celle de l'eau, tandis que la densité est le poids ou la masse d'un volume unitaire de bois. Comme 1 cm³ d'eau pèse 1 gramme, la densité moyenne et la gravité spécifique du bois de douglas sont toutes deux de 0,45 g/cm³ dans le système métrique. (Un gramme par centimètre cube, soit environ 62,4 lb/pi³, s'exprime comme poids par unité de volume.) Comme le bois est hygroscopique, la teneur en humidité affecte considérablement son poids et son volume, rendant la détermination de sa densité plus complexe que pour d'autres matériaux. Poids et volume sont calculés à des valeurs d'humidité prédéfinies pour obtenir des résultats comparables.

Hygroscopicité

Au contact de l'eau, le bois peut l'absorber sous forme liquide ou sous forme de vapeur de l'air. L'eau est le liquide ou gaz le plus significatif que le bois puisse absorber. Du fait de sa nature hygroscopique, le bois contient toujours de l'humidité, qu'il fasse partie de l'arbre vivant ou qu'il soit un matériau. (Les termes eau et humidité sont utilisés indifféremment ici.) L'humidité impacte tous les aspects du bois, mais seule l'humidité dans les parois cellulaires est significative ; celle dans les cavités cellulaires n'ajoute que du poids.

Retrait et gonflement

Lorsque le taux d'humidité du bois varie en dessous du point de saturation des fibres, des changements dimensionnels se produisent. Le retrait et le gonflement sont causés respectivement par la perte et le gain d'humidité. Ces changements sont anisotropes : ils diffèrent selon les directions axiale, radiale et tangentielle. Les valeurs moyennes de retrait sont d'environ 0,4 % (axiale), 4 % (radiale) et 8 % (tangentielle). La perte de volume est d'environ 12 %, avec de grandes variations entre essences. Ces pourcentages sont exprimés par rapport aux dimensions vertes et correspondent au passage de l'état vert à l'état sec au four. La structure de la paroi cellulaire est la principale responsable du retrait et gonflement différentiels selon les directions de croissance.

L'orientation des microfibrilles dans les couches de la paroi cellulaire secondaire explique les différences entre la direction axiale et les deux directions latérales (radiale et tangentielle), mais la raison des écarts entre directions radiale et tangentielle reste floue.

Dégradation

Bactéries, champignons, insectes, foreurs marins, ainsi que facteurs environnementaux, mécaniques, chimiques et thermiques contribuent à la destruction du bois. L'aspect, la structure ou la composition chimique peuvent changer, affectant arbres vivants, grumes ou produits. Ces changements vont d'une simple décoloration à des transformations irréversibles rendant le bois totalement inutilisable. Comme en témoignent les meubles et artefacts en bois trouvés intacts dans les tombes des pharaons égyptiens, le bois peut durer des centaines, voire des milliers d'années. Le bois ne se dégrade ou ne se détruit que sous l'influence d'éléments extérieurs.

Propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques (de résistance) du bois indiquent sa capacité à résister aux forces externes qui tendraient à modifier sa taille et sa forme. L'intensité et le mode d'application de ces forces, ainsi que la densité et la teneur en humidité du bois, influencent cette résistance. Dans la direction axiale (parallèle au fil), les caractéristiques de résistance du bois diffèrent notablement de celles dans la direction transversale (perpendiculaire au fil).

La résistance du bois en traction et compression (mesurée en directions axiale et transversale), au cisaillement, à l'éclatement, la dureté, la flexion statique et la résistance au choc (flexion sous impact et ténacité) sont ses principales caractéristiques mécaniques. Des essais normalisés déterminent les contraintes par unité de surface chargée (à la limite élastique et à la charge maximale) ainsi que d'autres critères : ténacité, module de rupture, module d'élasticité (mesure de la rigidité). On utilise généralement de petits éprouvettes transparentes de section 2 x 2 cm ou 2 x 2 pouces.

Propriétés thermiques

Bien que le bois se dilate et se contracte avec les variations de température, le retrait et le gonflement dus aux changements de teneur en humidité sont des altérations dimensionnelles bien plus significatives. Ces expansions et contractions liées à la température sont généralement négligeables et sans conséquence pratique. Des fissures de surface ne peuvent se produire qu'en dessous de 0 °C (32 °F) ; des fentes de gel peuvent apparaître sur les arbres vivants par contraction inégale des couches externes et internes.

Comparé aux métaux, marbre, verre et béton, le bois a une faible conductivité thermique (forte capacité isolante). Les bois clairs et secs sont de meilleurs isolants car la conductivité thermique est maximale dans la direction axiale et augmente avec la densité et la teneur en humidité.

Propriétés électriques

Le bois sec au four est un isolant électrique. Cependant, quand la teneur en humidité augmente, la conductivité électrique augmente aussi, faisant du bois saturé (humidité maximale) un conducteur proche de l'eau. Remarquable : la résistance électrique chute dramatiquement quand l'humidité passe de 0 au point de saturation des fibres. Elle diminue de plus d'un milliard de fois dans cette plage, mais seulement d'environ 50 fois du point de saturation à l'humidité maximale. La résistance électrique du bois est peu affectée par d'autres paramètres (essence, densité) ; les variations inter-essences sont liées à la chimie des extractifs. La résistance axiale est environ la moitié de la résistance transversale.

Les propriétés diélectriques (mauvais conducteur) du bois sont aussi importantes. Constante diélectrique et facteur de puissance jouent un rôle pratique dans les hygromètres électriques (types capacité et perte de puissance radiofréquence), le séchage du bois par courant électrique (possibilité théorique, pas encore réalité) et le collage du bois par courant haute fréquence. La polarisation électrique (apparition de charges opposées sur faces opposées) sous contrainte mécanique fait manifester au bois l'effet piézoélectrique. Inversement, le bois subit une déformation mécanique sous champ électrique (changements de dimensions).

Propriétés acoustiques

Le bois peut à la fois produire du son (par percussion directe) et amplifier ou dévier les ondes sonores provenant d'autres corps. Ces facteurs en font un matériau unique pour les instruments de musique et autres applications acoustiques. La taille, la densité, la teneur en humidité et le module d'élasticité du bois influencent la fréquence de vibration, donc la hauteur du son produit. Une densité et une élasticité plus élevées, une humidité réduite et des dimensions plus petites contribuent à des sons plus aigus.

Quels sont les différents types de bois ?

Tous les types de bois se classent en :

• Bois durs
• Bois tendres
• Bois engineered

Bois durs

Tout arbre qui ne produit ni aiguilles ni cônes fournit du bois dur. Ces arbres sont le plus souvent appelés feuillus ou angiospermes en terminologie scientifique. Les arbres produisant feuilles et graines sont des feuillus. Chêne, érable, cerisier, acajou, noyer sont des essences courantes. Bien que plusieurs essences de bois dur soient réputées pour leurs motifs de fil uniques et magnifiques, les bois durs ne sont pas toujours plus résistants que les bois tendres.

De plus, certains bois sont classés comme bois durs mais proviennent d'arbres non feuillus, comme le bambou et le palmier. Bien que techniquement monocotylédones, ces plantes sont souvent catégorisées comme bois durs car elles partagent de nombreux traits. Bambou et palmier peuvent parfois être inclus dans la catégorie des bois manufacturés.

Bois tendres

Les conifères produisent les bois tendres (bois d'œuvre et produits). Les conifères, ou gymnospermes, sont les arbres à aiguilles et cônes. Pin, cèdre, sapin, épicéa, séquoia sont des exemples courants utilisés en ameublement, charpente et domaines connexes.

Bois engineered

Les bois engineered sont le troisième type que vous pouvez rencontrer. Ils sont manufacturés, non naturels. Ces panneaux sont généralement créés à partir de bois modifié pour avoir des caractéristiques ou propriétés particulières. Aussi appelés bois composites, ils sont souvent faits à partir de déchets de scierie.

Les bois engineered sont souvent traités thermiquement ou chimiquement pour obtenir un produit bois répondant à des dimensions difficiles à trouver dans la nature. Contreplaqué, OSB, panneau de fibres à densité moyenne (MDF), panneau composite sont des exemples courants. Les placages bois peuvent parfois être classés comme bois engineered car ils requièrent souvent un travail spécifique (techniques de coupe spéciales ou assemblage pour obtenir une dimension ou un motif de fil précis).

Comment le bois est-il produit ?

Le bois fait partie du système des plantes pour stocker la nourriture produite lors de la photosynthèse, transporter l'eau et les minéraux dissous des racines vers le reste de la plante, et fournir un soutien mécanique. Sur les 25 000 à 30 000 espèces de plantes estimées productrices de bois, seulement 3 000 à 4 000 (y compris herbacées) produisent un bois utilisable comme matériau. Les gymnospermes et angiospermes sont les deux groupes incluant les arbres forestiers producteurs de bois et autres plantes ligneuses. Les angiospermes (arbres à cônes) produisent les bois durs tempérés et tropicaux (chêne, hêtre, teck, balsa), tandis que les gymnospermes (arbres à cônes) produisent les bois tendres (pin, épicéa). Notons que la distinction bois dur/bois tendre n'est pas absolue : certains bois durs (ex. balsa) sont plus tendres que certains bois tendres (ex. if).

Le bois est une substance à forte valeur économique. Contrairement au charbon, minerais et pétrole, qui s'épuisent progressivement, c'est une ressource renouvelable qu'on peut gérer durablement. Le bois favorise la croissance économique, crée des emplois et assure la subsistance de base dans certains pays par sa récolte en forêt, son transport, sa transformation en usine, son commerce et sa consommation. La demande soutenue de bois et produits bois témoigne de son importance.

En poids, le bois est consommé bien plus que d'autres matériaux. La majorité de la production mondiale de bois rond (grumes) sert de combustible, principalement dans les pays en développement. La production de produits bois a connu la croissance la plus rapide pour le papier et le carton, tendance qui devrait se poursuivre alors que la consommation par habitant dans les pays en développement rattrape celle des pays industrialisés. L'augmentation de l'usage du bois et la déforestation qui en résulte sont dues à la croissance démographique mondiale. Produire un approvisionnement en bois suffisant pour répondre aux besoins prévus est incertain du fait de la destruction de nombreuses forêts, surtout tropicales. Stopper la perte de couverture forestière, augmenter la productivité des forêts existantes, lancer de vastes programmes de reboisement et pépinières d'essences à croissance rapide, recycler le papier et améliorer l'utilisation du bois par la recherche pourraient résoudre le problème d'approvisionnement et réduire l'impact environnemental de l'industrie du bois.

FAQ

Qu'est-ce que le bois ?

Le bois est un matériau organique à texture fibreuse, hétérogène et anisotrope, produit par l'arbre, un organisme vivant. C'est l'un des plus anciens matériaux de construction. L'humanité utilise le bois pour l'abri et la protection depuis l'Antiquité.

De quoi est fait le bois ?

Le bois est composé de cellulose : polymère (C6H10O5) qui peut cristalliser pour former des fibres très résistantes. La cellulose est le principal matériau de renforcement du bois. Lignine : aussi un polymère, mais généralement sous forme amorphe.

Quels sont les principaux usages du bois ?

Construction de maisons et autres structures : les maisons en bois restent fréquentes dans l'habitat. La charpente de certains toits est en bois. Comme le bambou, parfois utilisé pour étayer un bâtiment jusqu'à ce qu'il soit assez stable pour tenir seul.

Quelles sont les propriétés du bois ?

Les principales propriétés physiques du bois incluent couleur, lustre, texture, macrostructure, odeur, humidité, retrait, contraintes internes, gonflement, fissuration, gauchissement, densité, conductivité son – électro – thermique. La couleur, le brillant, la texture et la macrostructure déterminent l'aspect du bois.

La formation du bois est un processus biologique complexe, impliquant cinq étapes majeures : (1) division cellulaire à partir d'un méristème secondaire appelé cambium vasculaire, (2) expansion cellulaire (allongement et élargissement radial), (3) dépôt de la paroi cellulaire secondaire, (4) mort cellulaire programmée, (5) formation du bois de cœur.

Le bois naturel signifie arbres, y compris grumes, billes, tranches, troncs, branches, rameaux et souches ; bois d'œuvre y compris bois de construction, grumes ou tranches, surtout lorsqu'ils sont équarris pour l'usage.

Quand le bois a-t-il été utilisé pour la première fois ?

La plus ancienne preuve de travail du bois vient d'un site de 1,5 million d'années d'Homo erectus appelé Peninj en Tanzanie.

Exemples : frêne, hêtre, bouleau, acajou, érable, chêne, teck, noyer. Les bois tendres proviennent généralement d'arbres persistants (conifères) (aiguilles et cônes, qu'ils gardent toute l'année, aussi appelés gymnospermes). Exemples : cèdre, cyprès, sapin, pin, épicéa, séquoia.

Les propriétés mécaniques du bois incluent résistance en traction et compression (mesurée en directions axiale et transversale), cisaillement, éclatement, dureté, flexion statique, choc (flexion sous impact et ténacité).

Généralement reconnu comme le bois le plus dur, le gaïac (Guaiacum sanctum et Guaiacum officinale) mesure 4 500 lbf (livres-force) sur l'échelle de Janka.

Conclusion

Le bois est une substance organique issue de l'arbre vivant, à texture fibreuse, hétérogène et anisotrope. L'un des plus anciens matériaux de construction. Depuis la préhistoire, l'humanité utilise le bois pour l'abri et la protection. Le bois sert pour le combustible, le bois à pâte, la construction, les produits engineered, le mobilier, les ustensiles, etc.

Cet article a abordé :

• Qu'est-ce que le bois ?
• Quels sont les usages du bois ?
• Quelles sont les propriétés du bois ?
• Quels sont les différents types de bois ?
• Comment le bois est-il produit ?

J'espère que vous avez beaucoup appris. Si c'est le cas, partagez ! Merci de votre lecture, à bientôt !