1 Inventaire des facteurs essentiels de la
variabilité intra arbre des
propriétés mécaniques des tissus
ligneux
Les différents niveaux de description et
d'hétérogénéité de la matière
ligneuse sont ici successivement explorés, depuis l'ultrastructure
moléculaire, jusqu'à la macrostructure du bois massif sans
défaut, dans une perspective mécanicienne. Les
éléments bibliographiques essentiels sont évoqués
en appui des choix qui sont, in fine, retenus, dans l'objectif
d'alimenter une succession de modèles micro-macro (non
nécessairement les plus sophistiqués) explicatifs et
descriptifs du comportement élastique anisotrope du bois massif.
Quelques indications succinctes de la variabilité des paramètres
susceptibles de conditionner l'anisotropie élastique sont
également précisées.
1.1 La cellule ligneuse
1.1.1 Description cytologique sommaire de la cellule
ligneuse dite de « bois normal »
Une fois différenciée, la cellule ligneuse
présente plusieurs parois (couches) constitutives,
inégales en proportion. Une description des couches
externes vers les couches cellulaires plus internes permet de distinguer :
une couche intercellulaire qui joue le rôle d'un ciment
entre deux cellules mitoyennes,
une paroi primaire tapissant la couche
précédente,
une paroi secondaire se déposant sur la paroi
primaire.
La paroi secondaire, par sa structure et son volume, constitue la
partie de la cellule ligneuse la plus résistante
mécaniquement.
Les études cytologiques classiques distinguent au
sein de cette paroi secondaire trois sous couches superposées,
appelées S1, S2, et S3, se déposant successivement au
cours de la maturation, (Dunning, 1968), et se singularisant, non seulement
par leur dimension et par leur composition chimique (proportion de
macromolécules), mais aussi par l'inclinaison des microfibrilles
par rapport au grand axe cellulaire (angle des microfibrilles noté AMF,
Figure
1.1).
La sous couche externe S1, formation intermédiaire
entre la paroi primaire et les sous couches plus internes de la paroi
secondaire, présente une structure lamellaire (3 à 6 lamelles).
Dans cette sous couche, qui représente entre 5 et 10% de
l'épaisseur totale de la paroi cellulaire
(soit au maximum 0.35 um, d'après Keller, 1999),
l'inclinaison des microfibrilles de cellulose
est de l'ordre de 60 à 80 degrés. Le renfort
cellulosique de cette sous couche est constitué de deux enroulements de
microfibrilles croisés et superposés (treillis de fibres).
La sous couche centrale S2 (75 à 85% de
l'épaisseur totale et au maximum 10 um d'après
Keller, 1999) est formée d'une organisation nettement plus
dense de lamelles de microfibrilles
de cellulose, quasi parallèles et inclinées
d'au minimum 5 degrés chez les résineux. Comparativement
aux autres sous couches, c'est au sein de S2 que l'angle des microfibrilles
varie le plus selon le « type » de bois observé (bois initial
et final, constitutifs du bois normal, mais aussi bois juvénile ou
encore bois de compression). La valeur maximale de cet angle des microfibrilles
est assez variable ; nous envisagerons ici, dans le cadre
d'un bois dit
« normal », et comme de nombreux auteurs
mécaniciens (Mark, 1967, 1980, Barrett, 1973,
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Inventaire des facteurs essentiels de la variabilité intra
arbre des propriétés mécaniques des tissus ligneux
Koponen et al, 1989, Navi et al, 1995), une
valeur maximale de 40 degrés attribuée à la sous
couche S2 du bois initial ou à celle des rayons
ligneux.
Composante essentielle de la paroi secondaire, la sous
couche S2 est considérée (Mark, 1967,
1980, Barrett, 1973, Gillis, 1972, Bodig et al, 1982,
Norimoto, 1986 dans Gril, 1987) comme
principale responsable du comportement mécanique
global de la cellule ligneuse de bois normal.
La sous couche interne S3, relativement mince (entre 0,5 et
1,10um), possède également une structure en lamelle mais les
microfibrilles sont moins strictement parallèles entre elles que dans
S2. L'inclinaison des microfibrilles y est de l'ordre de 60 à 90
degrés d'après Kollman et
al (1984).
Figure 1.1 Vue schématique d'une paroi cellulaire
typique d'une trachéide de conifère, tiré et adapté
de Siau (1984)
P : paroi primaire, P', P'' paroi primaire de cellules
adjacentes
M : lamelle moyenne
S1 : sous couche externe de la paroi secondaire S2 : sous
couche centrale de la paroi secondaire S3 : sous couche interne de la paroi
secondaire
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