Comportement viscoélastique longitudinal du bois vert: diversité et prédiction à long terme
Résumé
The aim of the study was to predict the long-term creep behaviour of green wood in the longitudinal direction for a period corresponding to the life of a tree and to explore the variability of this behaviour. The study took place in two steps commencing with a screening of vibration properties on a large sample of ten tropical species including different wood types, the reaction wood included. Next, a small subsample was used for an in depth analysis of the long-term creep properties. Further, the relation of viscoelastic properties with structural parameters such as basic density, microfibril angle and percentage of anatomical elements was investigated. A testing procedure was developed to assess the long-term viscoelastic properties based on shortterm creep tests performed at different temperatures. Occurrence of physical aging subsequent to a quench from a temperature above the glassy transition was evidenced. Direct applicability of the timetemperature equivalency was questioned by discrepancies observed in the approximated complex plane (ACP). Additional assumption of a temperature-dependent initial compliance, similar to the entropic elasticity in amorphous polymers, was suggested and successfully applied to obtain reliable long-term creep predictions. Thermo-activated creep behaviour along with physical aging was described by a parabolic Maxwell model identified from the representation of experimental data in the ACP. The creep behaviour was revealed not to be related to the damping coefficient measured by the vibration method, indicating that different rheological mechanisms govern the viscoelastic behaviour at acoustic time scales (hundreds of Hz) and biologic scales (several years). In conclusion, the hypothesis of the middle lamella playing a key role in the long-term creep was proposed to explain the weakness of the correlations observed between the amount of relative creep and the structure of the cell wall.
Le but de l'étude consistait à prédire le comportement viscoélastique longitudinal du bois vert dans la période correspondant à la vie d'un arbre et d'explorer la diversité de ces propriétés. Le travail s'est déroulé en deux temps. Une analyse exploratoire des propriétés vibratoires a été effectuée sur un large échantillon incluant divers types de bois, y compris des bois de réaction, issus de dix espèces tropicales. Dans un deuxième temps, une sélection restreinte des échantillons a été utilisée pour une étude approfondie du comportement en fluage à long terme. Par ailleurs, la relation avec les paramètres structuraux tels que densité, angle des microfibrilles et pourcentage des éléments anatomiques a été étudiée. Une procédure d'évaluation du fluage à long terme a été mise au point à partir d'essais à différentes températures. L'occurrence du vieillissement physique suite au refroidissement consécutif au chauffage au dessus de la température de transition vitreuse du bois a été mise en évidence. L'applicabilité du principe d'équivalence temps-température a été remise en question par l'analyse des résultats dans le plan complexe approché (PCA). L'hypothèse supplémentaire de la dépendance de la complaisance initiale à la température, similaire à l'élasticité entropique des polymères amorphes, a été proposée et appliquée, permettant de prédire avec succès le comportement à long terme à partir d'essais courts. Le fluage thermoactivé, ainsi que le phénomène de vieillissement physique, ont été décrits par un modèle de Maxwell parabolique identifié à partir de la représentation des résultats dans le PCA. Le comportement en fluage est apparu non corrélé au coefficient d'amortissement mesuré lors des essais vibratoires, suggérant une dissociation entre les mécanismes rhéologiques qui contrôlent le comportement viscoélastiques aux échelles de temps acoustiques (quelques centaines de Hertz) et biologiques (plusieurs années). Enfin, l'hypothèse d'un effet prépondérant de la lamelle mitoyenne sur le processus de fluage a été suggérée pour expliquer les faibles corrélations observées entre le fluage relatif et la structure des parois cellulaires.
Domaines
Mécanique [physics.med-ph]
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)