Bois

Le bois est un tissu végétal (le xylème). Il forme la plus grande partie du tronc des plantes ligneuses. Il joue un double rôle comme conducteur de la sève brute et tissu de soutien qui donne leur résistance aux tiges. Il sert aussi quelquefois de tissu de réserve. La norme NF B 50-003 (vocabulaire du bois) le définit comme «un ensemble de tissus résistants secondaires (de soutien, de conduction, et de mise en réserve) qui forment les troncs, branches et racines des plantes ligneuses. Issu du fonctionnement du cambium périphérique, il est localisé entre ce dernier et la mœlle».

C'est un matériau apprécié pour ses propriétés mécaniques, pour son pouvoir calorifique et une matière première pour l'industrie chimique, qu'on tire essentiellement du tronc des arbres et des bambous. Il a de nombreux usages dans le bâtiment et l'industrie, papetière surtout, et comme combustible.

Botanique

Structure

Étude macroscopique

La première observation d'un bois se fait à l'œil nu. Dans un premier temps, on remarque trois sections de référence (une transversale et deux longitudinales) ^[1].

• La section transversale s'observe sur un plan perpendiculaire à la tige. Sur cette face, le bois est dit «bois de bout»
• La section radiale (longitudinale)
• la section tangentielle (longitudinale)

Les sections de références du bois

Coupe transversale d'un tronc d'arbre

Sur la coupe transversale, on observe les différentes couches du bois qui sont du centre vers la périphérie^[1] :

• Le cœur ou mœlle : partie la plus centrale de l'arbre. Importante dans les jeunes pousses, elle disparaît fréquemment avec l'âge pour ne laisser qu'un canal de faible section. Le cœur est un ensemble de tissus spongieux qui évoluent en vieillissant.
• Le duramen : il forme la masse principale du tronc. Composé de cellules mortes, lignifiées et imprégnées de tanin ou de colorants selon les essences, il se distingue généralement de l'aubier par une couleur plus foncée.
• L'aubier : il est constitué de couches concentriques de cellules non toujours lignifiées formant un bois toujours imparfait. Ces couches, dans lesquelles circulent les matières nutritives, se transforment en duramen après une période de 4 à 20 ans.
• Le cambium : c'est l'assise génératrice qui donne naissance au bois et au liber secondaires (cambium interne) et au liège (cambium externe). Le liber (phloème) comporte un ensemble de vaisseaux dans lesquels circulent la sève élaborée. Le liber forme la partie interne "vivante" de l'écorce.
• L'écorce : elle revêt l'arbre et forme une couche protectrice. Celle-ci est empreinte d'une substance imperméable, la "subérine" (liège), qui protège les couches internes

En faisant un analyse spécifique du duramen, reconnu comme bois parfait, on peut observer les couches annuelles nommées «cernes annuelles». les cernes sont elles-mêmes divisées en deux zones. Le bois de printemps est la première zone constituée, c'est un bois tendre et riche en vaisseaux. La seconde zone, le bois d'été, est lui plus dense et résistant. Selon les essences de bois, ces différences sont plus visibles si le bois est hétérogène (chêne) ou moins si il est homogène (hêtre) ^[2].

Étude microscopique

Le bois, selon si c'est un résineux ou un feuillu, se compose de différents types de tissu végétaux

Feuillus

• Fibres : faisceaux de cellules résistantes, disposées dans le sens axial, qui assurent la rigidité et la résistance mécanique du bois. C'est un biocomposite constitué de cellulose, d'hemicellulose et de lignine.
• Tissu vasculaire : constitué de vaisseaux, cellules creuses qui servent à conduire la sève brute depuis les racines jusqu'aux feuilles. Ces vaisseaux sont fréquemment associés à des cellules parenchymateuses (aussi nommés parenchyme) qui contribuent au transport des nutriments. Ces parenchymes, associés aux vaisseaux, donnent des motifs spécifiques à chaque essence (spécifiquement les essences tropicales) sur la coupe transversale (perpendiculaire à l'axe du tronc).
• Rayons ligneux (ou rayons médulaires)  : cellules de réserve (parenchymateuses) à parois épaissies et lignifiées, qui accompagnent le tissu vasculaire. Ces cellules participent en outre à la fonction de soutien. Leur orientation est transversale et rayonnante en partant de l'axe longitudinal de l'arbre. La photo de droite montre quelques rayons ligneux qui partent du centre du tronc.

La disposition des tissus, la forme et la taille des cellules est nommée plan ou rayon ligneux. Ce dernier est caractéristique de chaque essence. A titre d'exemple, il donne ce qu'on nomme «la maillure», qui est l'aspect de la coupe radiale du bois (coupe longitudinale dans le sens du rayon de l'arbre). Cette maillure est caractéristique chez le Chêne, Le Hêtre, Le Platane ou encore le Niangon et l'Acajou. L'orientation générale des cellules et des fibres est dans le sens axial, qui détermine le «fil du bois».

résineux

• Trachéides, équivalents des vaisseaux des feuillus
• Rayons

Propriétés chimique

Composition chimique

La Composition chimique est à peu près de 50 % de carbone, 42 % d'oxygène, 6 % d'hydrogène, 1 % d'azote et 1 % de cendre^[3].

Constitution chimique

Le bois est constitué essentiellement de matières organiques (cellulose et lignine) et d'un faible pourcentage (de 1 à 1, 5 %) d'éléments minéraux^[4]. Il contient aussi une part d'humidité variable.

• Cellulose (environ 50 %)
• Lignine (20 à 30 %)
• Hémicellulose (15 à 25 %)
• Autres substances organiques : polysaccharides, pentosanes, hexosanes, résines, tannins, colorants, cires, alcaloïdes, etc.

Propriétés physiques

Hygroscopicité

Pour le bois on parle le plus souvent de taux d'humidité noté H%, dite humidité sur sec (comparé au bois anhydre). Son calcul est le suivant : H% = ( (Masse humide moins Masse anhydre) divisée par la Masse anhydre) x100. C'est à dire : H% = (Masse d'eau pure/Matière sèche) x100. Le taux d'humidité fluctue de 50 à 120 % (ou plus) pour le bois saturé (bois vert), de 10 à 20 % pour le bois séché à l'air (pour le séchage il faut env. 1an/cm d'épaisseur de la planche), et 10 % et moins pour le bois séché artificiellement (par air chaud climatisé, pompe à chaleur ou vide essentiellement) (séchage entre 1 à 3 semaines). Il existe trois types d'eaux dans les bois :

• L'eau libre, c'est l'eau qui est présente dans le bois vert. Schématiquement, c'est l'eau qui est contenue dans l'éponge. Lors de l'évacuation de cette eau, le bois ne prend pas de retrait.
• L'eau liée, c'est l'eau qui entre dans la composition des fibres. C'est celle qui provoque le retrait lors du séchage. Pour notre éponge, il s'agit de l'eau qui est contenue dans la matière mais que nous ne pouvons pas essorer. Lors du séchage, c'est l'eau qui est retirée entre 30 % et 0 % d'humidité.
• L'eau de constitution, c'est l'eau qui entre dans la composition chimique des molécules du bois. Son élimination entraîne la destruction du bois (par le feu par exemple).

Résilience

Résistance à la traction ainsi qu'à la compression (Le bois a cependant une meilleure résistance à la compression qu'à la traction).

Élasticité

Densité 

la densité du bois est le plus souvent inférieure à 1 (le bois flotte) à cause des vides dans sa structure. Cette densité fluctue fortement selon un certain nombre de paramètres : l'essence, son degré d'humidité, la situation géographique et son climat, la situation du prélèvement dans l'arbre. On exprime cette densité normalement pour un taux d'humidité égal à 15% (la moyenne est entre l'état anhydre et l'état de saturation) ^[5]. La densité à 15 % se situe le plus souvent entre 0, 5 et 0, 7, mais peut fluctuer énormément, de 0, 1 pour le balsa, 0, 4 pour les bois légers (sapin, épicéa, peuplier), 0, 8 à 1 pour les bois durs (if, teck, olivier), 1, 1-1, 2 pour l'azobé et 1, 3-1, 4 pour le gaïac (bois de fer) ^[6].

Durabilité 

bien qu'il s'agisse d'un matériau biodégradable, le bois peut durer dans certaines conditions plusieurs siècles, comme en témoignent de nombreuses charpentes de monuments anciens. Les paramètres favorables à la durabilité du bois sont le maintien en atmosphère sèche, la densité élevée, la composition chimique, liée à l'essence (présence de résines, d'oléo-résines, de tanins). Le bois de cœur est plus durable que l'aubier, plus riche en matières fermentescibles. Parmi les espèces les plus durables, on classe le cèdre, le séquoïa, le robinier faux-acacia, le mélèze, le chêne, le châtaignier... et parmi les moins durables : le sapin, l'épicéa, le hêtre, le peuplier, le tilleul...

Rétractibilité

Propriétés isolantes 

du fait de sa structure cellulaire, qui emprisonne de l'air sous forme de petits volumes, le bois est un mauvais conducteur de la chaleur. Cependant sa conductibilité thermique est particulièrement variable selon son degré d'humidité, de sa densité et de l'essence reconnue, mais aussi de l'orientation comparé au fil du bois : il est meilleur conducteur dans le sens axial que dans le sens radial. On utilise fréquemment des panneaux agglomérés en particules de bois comme isolants thermiques.

Altérations du bois

Colorations et dégradations par des champignons

Divers champignons dits «lignivores» s'attaquent à la lignine ainsi qu'à la cellulose. Ils peuvent s'introduire dans l'arbre à la faveur de blessures, de coupes ou de piqures d'insectes. Ces champignons peuvent être responsables (avant ou après la coupe ou la mise en œuvre du bois) de différentes altérations ; visuelles, mécaniques ou les deux à la fois.

Énormément de bois résineux et feuillus bleuissent quand ils restent exposés aux intempéries. Cette altération est seulement esthétique et n'altère en rien les propriétés du bois attaqué.

En revanche, la pourriture fibreuse, la pourriture cubique (aspect de bois calciné brun) ou la pourriture molle sont des altérations mécaniques du bois causées par des champignons lignivores qui dégradent la lignine et/ou la cellulose du bois. En règle générale, l'attaque d'un bois par les champignons peut se mesurer simplement. Toute attaque est caractérisée par une perte de masse du bois (perte pouvant atteindre 80 % de la masse d'origine).

Le champignon le plus connu et redouté est peut être la mérule pleureuse qui se présente typiquement sous la forme d'une grosse tâche duveteuse blanche qu'on trouve par exemple sous des sols étanches posés sur des planchers de bois qui ont été exposés à l'eau ou sur les poutres ancrées dans un mur particulièrement humide.

Les champignons ne peuvent se développer dans le bois que s'il contient plus de 20% d'humidité. Un bois sec (< 20 % d'humidité) n'est jamais attaqué par les champignons.

Pourriture cubique

Altération physique et colorée due à un champignon et des bactéries décomposant le bois par le cœur.

Poches de résine (pour les résineux seulement)

Ces poches se créent dans le bois des résineux qui ont été souvent ou dans certains cas fortement balancés par le vent ^[7]. Ce sont des défauts connus plus esthétiques que mécanique, mais qui posent aussi problème pour le travail du bois (encrassement des outils), et pour son entretien (écoulements de résine par temps chaud). Les arbres les plus touchés ont le plus souvent poussé sur des lieux secs et exposés au vent (arbres isolés, arbres de lisières ou ayant poussé en bordure de cloisonnements forestiers exposés au vent (on a montré que des arbres haubanés présentent moitié moins de poches de résine, et que ce risque augmente les années les moins pluvieuses). C'est par conséquent un défaut qui pourrait devenir plus habituel avec le dérèglement climatique.

Attaques d'insectes xylophages

De nombreux insectes s'attaquent au bois ; quelques espèces s'attaquent au bois sur pied, d'autres plus nombreux s'attaquent aux grumes après l'abattage en forêt (xylophages des forêts) et quelques uns au bois sec une fois mis en œuvre (xylophages de bois secs).

Ce sont les larves qui creusent des galeries dans les bois. Les insectes adultes pondent dans le bois et les larves se développent dans ce dernier en mangeant ses composants, le plus souvent prédécomposés par des champignons et bactéries. Au stade ultime de son développement, la larve devient adulte et sort de son habitat pour se reproduire. C'est à ce moment que l'insecte creusent le trou de sortie qu'on voit sur les bois attaqués. Généralement, lorsque le bois est vermoulu, le travail des insectes est presque terminé. La taille, la géométrie et la nature des galeries et vermoulures permettent de définir quel insecte a attaqué le bois.

On lutte contre ces insectes par l'application d'insecticides trempage, pulvérisation... Il s'agit là d'un traitement préventif. Pour ce qui est de la démarche curative, deux cas se présentent. Soit les bois sont toujours mécaniquement viable (dans le cas d'un élément porteur) et dans ce cas un traitement curatif peut être appliqué. Il peut s'agir d'injection ou de pulvérisation après sablage. Soit les bois sont particulièrement attaqués alors il faudra les remplacer et brûler les bois infestés.

Certains bois, riches en théories actifs (insecticides, fongicides naturels), sont naturellement résistants aux attaques d'insectes et de champignons. On parle d'essences naturellement durables. Ce sont cependant fréquemment des bois durs à croissance lente, et par conséquent à faible vitesse renouvelabilité. La majorité des essences résistantes sont d'origine tropicale, mais le chêne, le chataigner, et certains résineux sont particulièrement résistants s'ils ont été bien séchés et conservés au sec.

Parmi les principaux insectes xylophages de bois secs, citons^[8] :

• le capricorne des maisons,
• le lyctus,
• les vrillettes
• les termites (espèces introduite et devenues invasives en Europe depuis quelques décennies ; En France, l'occupant d'un immeuble qui constate une infestation par les termites doit le déclarer immédiatement en mairie ^[9].

Larve du capricorne des maisons.

Vrillette.

Dégâts sur une habitation en bois génèrés par des termites.

Il est envisageable de protéger le bois des altérations causées par les champignons et les insectes.

Il s'agit d'appliquer un traitement préventif qui contient une base insecticide et fongicide. Ce traitement se fait essentiellement par trempage (immersion dans un bac contenant le produit). Pour les bois de structure, le traitement obligatoire est un traitement classe 2. Le produit utilisé peut être incolore, jaune, vert ou rouge. Il peut aussi être en phase solvant ou en phase aqueuse.

Pour finir, le traitement préventif est quasi inutile si les bois utilisés sont secs. En effet, les insectes (et les champignons) s'attaquent essentiellement à des bois au-dessus de 20 % d'humidité. En Europe, la France est une des seules nation à imposer un traitement préventif des bois de structure.

Défauts naturels du bois

Le bois brûle, le matériau est sensible aux variations climatiques

Autre défauts du bois

Parmi les défauts techniques courants connus du bois, on rencontre les fentes avec la gélivure, la roulure, la cadranure, les gerçures et les fissures internes. Des modifications de la composition chimique des arbres peuvent entrainer une coloration anormale du cœur : le cœur noir pour le frêne ou rouge du chêne surtout^[10].

Des anomalies de croissances peuvent apparaitre. L'irrégularité des couches annuelles, les nœuds, l'entre-écorce, le fil ondulé et torse, le bois madré ou ronceux et les broussins (ou loupes) ^[11]. Les arbres exposés au vent, aux chocs thermiques, ayant été malades ou ayant poussés sur des glissements de terrain présentent plus de risque de défauts.

Le bois peut aussi souffrir de blessures. Les plaies d'élagages regroupent les nœuds constitués suite à cassures naturelles ou non de branches. La frottures sont le fruit de l'arrachage de l'écorce. Les corps étrangers provoquent aussi une réaction de l'arbre avec la réaction d'un bourrelet de recouvrenement^[11].

Châtaignier atteint de roulure

Loupe d'érable

Planche de bois avec nœud dans le coin supérieur gauche

Les dérivés du bois

• Les panneaux de bois agglomérés à base de :
  • Plaques :
    • Panneau lamellé-collé ou bois lamellé ;
    • Panneau de contreplaqué. Le contreplaqué moderne a été découvert par Witkowski en 1884^[12] ;
  • Lattes :
    • Panneau latté à lattis fins ou gros ;
  • Particules (copeaux, sciures, farine de bois et déchets de scierie)  :
    • Panneau de particules ou panneau d'aggloméré ;
    • Panneau de grandes particules orientées ou panneau à copeaux orientés ou panneau structural orienté (en anglais, OSB pour Oriented Strand Board)  ;
  • Fibres :
    • Panneau de fibres à haute densité ou panneau dur (en anglais, HDF pour high-density fiberboard)  ;
    • Panneau de fibres à densité moyenne ou médium (en anglais, MDF pour Medium Density Fiberboard)  ;
• Les panneaux composites plastique - bois.
• La pâte à papier utilisée pour la fabrication du papier et du carton.

Contreplaqué

Panneau de particules mélaminé

Panneau de fibres à densité moyenne

Lamellé-collé

Utilisations

Le bois est employé à de multiples usages et sous de multiples formes :

• Bois brut sous forme de poteaux et rondins, après sciage ou refente le plus souvent.
• Bois énergie
  • L'utilisation du bois comme combustible est sa première utilisation au niveau mondial : il apporte 3, 5 Wh par kg (1 stère de bois équivaut à 0, 147 tonne équivalent-pétrole = 1480 kWh).

• Sa combustion a lieu en trois étapes : le bois est en premier lieu séché à une température pouvant atteindre 150°C, ce qui permet d'évaporer l'eau qu'il contient. Puis entre 150°C et 600°C a lieu la pyrolyse (décomposition sous l'effet de la chaleur). Les composés gazeux du bois sont alors libérés et il se forme du charbon de bois. Enfin, de 400 à 1300 C°, l'amenée d'air (oxygène) entraîne l'oxydation qui forme le processus de combustion. Ce sont les gaz dégagés par la pyrolyse et le charbon de bois qui brûlent, produisant de l'énergie.
• le pellet (granulé de bois)
• Bois d'œuvre (scié à partir de grumes)
  • Bois de structure : charpentes, maison en bois (bois empilé, maison à ossature bois ou poteaux poutre) et bardages, terrasses, traverses de chemins de fer. Ces bois peuvent être bruts de sciage ou rabotés. Il s'agit le plus souvent d'un choix charpente (choix 2 ou ST 2 en France).
  • bois de marine : membrures, bordés, espars (mât, bôme... ), pièce de quille
  • bois aéronautiques : structures des premiers avions. Le contreplaqué est une invention de l'aéronautique. Actuellement plutôt utilisé pour les petits avions de tourisme en construction amateur ou industrielle
  • Sciages bruts, bois à usage domestique : coffrages à béton, échafaudages, palettes, emballages...
  • bois rabotés : lambris, parquets, menuiserie
  • placages : Bois déroulés ou tranchés. Essences fines ébénisterie...
  • Bois d'ingénierie, bois de la seconde transformation : lamellé-collé, reconstitué, abouté, contreplaqué, laminé, poutrelle en "I"...

• Bois d'industrie (exploités en rondins)
  • bois de mines, poteaux télégraphiques et autres...
  • bois de trituration : pâte à papier, panneaux de fibres et de particules, agglomérés, laine de bois...
• Bois de tournage : boules, quilles, manches à outils, jouets...
• Bois de tranchage : contreplaqués...
• Bois de fente : merrains pour la tonnellerie, tavaillons (bardeaux de toiture)...
• Bois cintré : chaises «Thonet»
• Produits industrialisés. Le bois peut être transformé éléments industrialisés tels que :
  • Éléments de structure : Bois lamellé-collé, bois contrecollés, bois aboutés (fingerjointed), poutres en I.
  • Panneaux : Panneaux de grande particules (OSB), Panneaux de particule ou aggloméré, panneaux de fibre moyenne densité (MDF) ou haute densité (HDF)
• Dans l'art :
  • Le bois est un moyen d'expression artistique dans la marqueterie et la sculpture sur bois,
  • C'est un support respectant les traditions pour la peinture à l'huile ou à tempera sur panneau de bois. Depuis l'Égypte ancienne le bois est recouvert de gesso poli avant d'être peint.
• En cuisine :
  • certaines parties d'arbres sont consommées dans divers pays (pousses de bambou, cœur de palmier, etc. )
• Autres usages : encadrement ; boiserie ; lutherie ; allumettes...

Économie

La production de bois est le plus fréquemment le résultat de la sylviculture.

Production mondiale par type

D'après Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), la production mondiale de bois rond a atteint 3 342 millions en 2003^[13].

• Bois de chauffage : 53 % soit 1 797 millions de m³.
• Bois en grumes pour sciage et placage : 940 millions de m³.
• Bois de trituration : 102 millions de m³.
• Autres bois ronds industriels : 153 millions de m³.
• Copeaux (rognure, petite lamelle, qu'on enlève avec un instrument tranchant) et particules : 165 millions de m³.
• Résidus de bois : 70 millions de m³.
• Sciages : 391 millions de m³.

Production mondiale par pays

Les pays développés fournissent plus de 70 % de la production industrielle de bois rond^[13]. La Russie dispose d'un quart des réserves de bois du monde^[14]. Elle est le premier pays exportateur et le secteur représente 4, 3 % du PIB russe^[14].

Santé et environnement

Diverses huiles principales, gommes, résines et autres extraits de bois ont une utilisation médicinale depuis l'antiquité, de même que l'inhalation de la fumée de certains bois.

Certaines sèves ou écorces peuvent être violemment toxiques. La poussière de bois (cf. sciage, ponçage.. ) ou issues des champignons (dont moisissures), acariens ou insectes le consommant peut être un puissant allergène. Les scieurs, menuisiers, bricoleurs et quelquefois les bûcherons y sont les plus exposés, fréquemment affectés de rhinites et plus rarement d'asthme, avec rares cas d'urticaire de contact (par exemple avec le Mukali (Aninger robusta) ^[15]. Lorsque l'allergie est bien installée, l'asthme ne disparait plus durant le week end ou les congés^[16].
Les pesticides utilisés pour le traitement du bois (fongicides, insecticides), surtout à base d'arsenic peuvent aussi être à l'origine d'intoxications et/ou d'allergies.

Le bois dans la culture

Symbolique

• Les noces de bois symbolisent les 5 ans de mariage pour les Français.
• Le bois est le 3^e niveau dans la progression de la sarbacane sportive.
• Le bois est un des cinq éléments de la philosophie chinoise, associé à l'est .

Notes et références

Annexes

Bibliographie

• C. Hazard, J. -P. Barette et J. Mayer, Mémotech Bois et Matériaux Associés, Éditions Casteilla, Paris, 1996 (ISBN 27135-1645-5)  
• Pierre Détienne, Cours illustré d'anatomie des bois, Éditions Quæ, 1988 (ISBN 9782854110067)  

Liens externes

• le bois et ses usages en construction et aménagement
• Comité National pour le développement du bois
• Annuaire francophone de la filière bois

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