En France, le gisement de déchets bois produits au sein des entreprises de première et seconde transformations est estimé à environ douze millions de tonnes par an. Soixante pourcent de ces déchets proviennent essentiellement des scieries sous forme de sciure, de copeaux de bois. Actuellement, il existe différentes filières de valorisation de ces déchets plus ou moins nocives à l'environnement. Un nouvel enjeu est donc de trouver des voies et moyens permettant une valorisation durable et conséquente de ces déchets. Dans ce contexte, la région Nord-Pas-de-Calais a initié un projet visant à la valorisation de ces déchets en élaborant de nouveaux matériaux de construction à base de sous-produits bois. Les objectifs de ce travail de thèse sont de développer des composites à base de pâte cimentaire et de sciure de bois issus de l'essence de Peuplier. Ces composites sont destinés à être utilisés comme éléments de maçonneries porteuses et sont assujettis à des critères de résistances mécaniques fixés par la norme française. La caractérisation de l'influence de la sciure sur les propriétés mécaniques, rhéologiques et physico-chimiques d'un mortier a été effectuée en substituant le sable par de la sciure à des taux variant de 10 à 100\%. Les résultats obtenus ont montré une perte de résistance mécanique avec l'augmentation du volume de bois dans le mélange due à des phénomènes chimiques et physiques. Néanmoins les résistances obtenues pour des taux de substitutions importants (50 à 60\%) restaient conformes à la norme. Ces résultats ont conduit à l'optimisation d'une formulation de mortier de bois extrudable à l'aide d'une extrudeuse à piston. Afin d'appliquer le développement de ces composites à l'échelle industrielle, la sciure de bois a été introduite dans une formulation de micro-béton servant à la production de blocs de béton industriels mis en forme par vibrocompactage. Les résultats obtenus ont montré que jusqu'à 50 \% de substitution du sable par la sciure, les résistances mécaniques étaient conformes. La caractérisation thermique des blocs a montré une capacité isolant intéressante. / In France, the waste wood deposit product in companies of first and second transformation is estimated at about twelve million tons per year. 60\% of this waste comes mainly from mills in the form of sawdust and wood chips. There are many methods of recovery of such waste, which in turn causes environmental problems through the use of products harmful to the environment. A new challenge is to find ways and means to sustainable and consistent recovery of such waste. A new challenge is to find ways and means to sustainable and consistent recovery of such waste. The recovery of such waste in construction materials could be a sustainable solution. In this context, the Nord-Pas-de-Calais Council initiated a project for the recovery of such wastes by developing new building materials from wood byproducts. This thesis has been intended to develop biocomposites based on cement paste and sawdust resulting from Poplar species. These biocomposites are designed for be used as part-bearing masonry and are subject to mechanical strength criteria set by the French standard. The study of the influence of sawdust on the mechanical, rheological and physico-chemical of a mortar was performed by replacing the sand by sawdust at rates ranging from 10 to 100 \%. The results obtained showed a loss of mechanical strength with increasing volume of wood in the mixture generated by chemical phenomena. However the compressive strength obtained for significant substitution rate (50 to 60\%) were in accordance with the French standard. These results led to the optimization of a wood mortar formulation met can be extruded using a ram extruder. In order to apply the development of these biocomposites in an industrial scale, the sawdust was introduced into a formulation of micro-concrete used in the production of industrial concrete blocks manufactured by vibro-compaction. The results showed that up to 50\% of substitution of sand by the sawdust, the mechanical properties were compliant. The thermal characterization of the blocks showed an interesting insulation capacity.

Les produits structuraux (poutres, poteaux…etc) en bois de hêtre reconstitué par collage, notamment le Bois Massif Reconstitué (BMR) présentent un fort potentiel tant au niveau de la performance mécanique que de la ressource disponible par comparaison aux essences résineuses. Par ailleurs, les normes européennes actuelles sont rédigées pour les essences résineuses et l’usage du bois de hêtre en structures est limité à la classe de service 1 et aux produits d’intérieur et d’ameublement. Le marché français montre une forte augmentation de l’importation de produits structuraux en bois reconstitué par collage, principalement d’Allemagne et d’Autriche. Au-delà du potentiel de résistance mécanique du hêtre, son utilisation comme bois d’œuvre contribuera positivement au bilan carbone pour l’environnement, par la réduction des transports des bois d’importation. Cependant, pour un usage structural, les produits en hêtre reconstitué par collage nécessitent de passer par une évaluation de leur performance, notamment la fiabilité des aboutages. Cette thèse présente une méthodologie expérimentale et numérique permettant l’analyse du comportement mécanique des poutres en BMR. La démarche a été appliquée avec succès dans le cadre de poutres constituées de 2 à 3 lamelles avec ou sans aboutages. Dans ce contexte, nous avons également réalisé une étude paramétrique pour étudier l’influence de plusieurs paramètres sur la résistance des aboutages. En fin, nous avons formulé le problème d’optimisation de la géométrie de l’enture multiple afin d’augmenter la résistance des aboutages et donc la résistance globale des poutres en BMR / Nowadays, adhesively reconstituted products made of beech timber appear to be of increasing interest for structural purposes due to its high strength/stiffness properties as compared to the most soft-wood species. Furthermore, beech timber is not recognized by most standards for structural uses and restricted to service class 1 and only the furniture, interior joinery and do-it-yourself sectors are still the major users. The French market shows great increasing imports of adhesively reconstituted structural products from Germany and Austria. Moreover, the use of local species, like beech, for the production of reconstituted structural elements could be better for the carbon balance, since it reduces import transportation. However, despite the high mechanical performance of beech timber, adhesively reconstituted products need to meet some requirements, such as the performance of finger-joints. This thesis presents experimental and numerical approaches to deal with the mechanical behaviour of adhesively reconstituted beech beams, for structural purposes. Two-layer and three-layer beams with or without finger-joints have been considered and successfully studied. In addition, a parametrical study has been undertaken to study the influence of several parameters on the mechanical resistance of finger-joints. We, finally, proposed an optimization of the finger-jointing geometry in order to increase the resistance of finger-joints

L’objectif de notre recherche consiste à caractériser le concept de plissage afin de proposer un modèle numérique permettant de concevoir des structures architecturales plissées en panneaux de bois. Dans ce contexte, nous ouvrons une perspective originale sur l’intégration de la dimension morpho-structurale comme facteur de modulation de l’architecture. Nous abordons également le plissage dans sa dimension numérique par une approche paramétrique. Cette dernière permet une modélisation adaptative dans le continuum conception-fabrication. Notre méthode, implémentée dans l’outil CARA(s)PACE (Conception of Architectural Research Algorithm for Structural Pleated Approaches and Creative Envelopes), permet de générer une géométrie de plissage à partir d’une surface de référence. Cet outil est composé d’un modeleur géométrique paramétrique couplé à des moteurs d’évaluation. Il guide le concepteur dans la recherche de formes fondées sur le plissage, sécurise les propositions et fournit les données numériques nécessaires pour une fabrication robotisée / The purpose of this research is to characterise the concept of pleating in order to give a numerical model allowing the design of wooden pleated architectural structures. In this context, we are bringing a singular perspective to the integration of the morpho-structural dimension as a modulating factor of architecture. We also deal with creasing in its digital dimension by adopting a parametric approach which allows an adaptive modelling within the ‘design-manufacturing’ continuum. Our method, implemented in the CARA(s)PACE (Conception of Architectural Research Algorithm for Structural Pleated Approaches and Creative Envelopes) tool, generates a geometry of pleating from a reference surface. This tool is composed of a parametric and geometric modeller coupled with evaluation engines. It guides the designer in the research of forms based on creasing, secures the suggestions and provides the numerical data needed for a robotic manufacturing

Die Anatomie des Holzes stellt eine entscheidende Einflussgröße bei einer Vielzahl holztechnologischer Prozesse dar. Der Beitrag soll mit Hilfe rasterelektronenmikroskopischer Bildtafeln den anatomischen Bau des Holzes der Gattung Picea anschaulich vermitteln.

Druckholz, das Reaktionsholz der Nadelgehölze, weicht in vielfältiger Weise vom normalen Stammholz ab: sein hoher Ligningehalt, die flachchraubige Orientierung der Fibrillen und die Dickwandigkeit der im Querschnitt runden Tracheiden bewirken eine rotbraune Färbung des Holzes, eine höhere Rohdichte, eine höhere Längsschwindung und eine geringere Zugfestigkeit. Die Eigenschaftsveränderungen des Holzes infolge des Vorhandenseins von Druckholz sind im Bereich der Holzbearbeitung zumeist nicht erwünscht. Druckholz kann jedoch auch gezielt zur Herstellung technologisch anspruchsvoller Produkte eingesetzt werden.

Une mauvaise étanchéité à l’air dans un bâtiment peut entraîner des surconsommations énergétiques et poser un certain nombre de problèmes tels que l’apparition de moisissures dans les murs ou encore une mauvaise qualité de l’air intérieur. Les constructions à ossature bois sont particulièrement sujettes aux infiltrations d’air, d’où la nécessité de mieux comprendre ces phénomènes et leurs conséquences afin que ces bâtiments puissent respecter les normes d’étanchéité de plus en plus strictes. Cette étude contribue par plusieurs aspects et à différentes échelles à l’évaluation de l’impact des infiltrations d’air sur les performances d’un bâtiment.Les infiltrations d’air à travers l’enveloppe peuvent perturber le bon fonctionnement de la ventilation mécanique et augmenter les pertes thermiques. Cette problématique est d’abord traitée numériquement à l’échelle du bâtiment, avec l’étude d’une grande variété de maisons et de conditions météorologiques. Des modèles simplifiés applicables à tout niveau d’étanchéité ont été établis pour la prise en compte des infiltrations naturelles dans les calculs de débit total de ventilation. Une plus petite échelle est ensuite considérée pour l’étude de l’étanchéité à l’air, avec la caractérisation expérimentale de parois ossature bois, de matériaux et de détails de construction, notamment grâce à la construction d’un banc d’essai adapté. Un certain nombre de tests de pressurisation ont permis de quantifier les fuites d’air induites par des défauts d’étanchéité spécifiques et peuvent être utilisés pour les simulations numériques à l’échelle du bâtiment.L’impact des infiltrations d’air sur les performances hygrothermiques d’une paroi est intimement lié à la dispersion de l’air à l’intérieur de celle-ci, mais il y a actuellement un manque d’études et de techniques expérimentales pour la déterminer. Une nouvelle méthode a donc été développée, à savoir l’utilisation de microparticules de fluorescéine comme traceur à l’intérieur des isolants. L’établissement de cartographies de la concentration en fluorescéine a permis d’étudier l’impact de certains paramètres tels que la vitesse d’air, le matériau isolant ou encore la géométrie sur les infiltrations d’air, et a mis en évidence des phénomènes tels que l’apparition de lames d’air entre les composants de la paroi. Par ailleurs un modèle du transport des particules de fluorescéine a été développé et couplé à un modèle CFD pour des analyses plus fines du chemin de l’air.Enfin, une étude de cas a été effectuée sur des parois simplifiées afin de comparer les différentes méthodes expérimentales, de vérifier leur applicabilité à l’étude du chemin de l’air, et d’obtenir des données pour la validation de modèles numériques. La dispersion de l’air en entrée/sortie de l’isolant a été étudiée par thermographie infrarouge et PIV. Le chemin de l’air à l’intérieur de l’isolant a lui été étudié par 3 techniques : des mesures de température avec des thermocouples ; d’humidité relative avec des capteurs capacitifs SHT 75 ; et l’utilisation de microparticules de fluorescéine. Les avantages et inconvénients de chaque méthode ont été identifiés pour aider à sélectionner la plus adaptée pour de futures études. / Poor airtightness in buildings can lead to an over-consumption of energy and to many issues such as moisture damage and poor indoor climate. The timber frame constructions are particularly subject to air leakage and further knowledge in this field is needed to meet the regulation requirements tightened by the development of low-energy and passive houses. This study focuses on the impact of air infiltration on the buildings’ performance, both at the building and the wall assembly scales.The air infiltration through the envelope can disrupt the proper functioning of mechanical ventilation and increase the global energy load. This issue was first investigated numerically at the building scale on a wide range of housing and weather conditions. Simplified models working across the whole airtightness spectrum were established for the inclusion of natural infiltration in buildings’ total ventilation rate calculations. The airtightness was then considered at a smaller scale with the experimental characterization of timber frame wall assemblies, components and construction details, in particular with an original test set-up built for this purpose. A number of pressurization tests enabled to quantify the additional leakage air flow induced by specific airtightness defects and may be of use for building scale numerical simulations.The impact of air infiltration on the hygro-thermal performance of a wall is closely linked to the air dispersion inside it, but there is a lack of experimental studies and methods for the air path investigation. A new technique has therefore been developed, consisting in an innovative use of fluorescein micro-particles as tracer inside the insulation material. It was first applied to specific configurations: straight/angled air channels in contact with porous media. A simple analysis of the fluorescein concentration mappings enabled to investigate the impact of parameters such as the flow velocity, the insulation material and the geometry on the air infiltration in the glass wool, and gave evidences of phenomena such as the appearance of thin air gaps between the components of the wall. A fluorescein transport model was developed and coupled to a CFD model for finer analysis.Finally a case study on simple wall assemblies was carried out to compare experimental techniques, to verify their applicability to the air path study and to provide data for possible numerical model validation. The air dispersion at the inlet/outlet of the insulation was studied with both infrared thermography and the PIV. The air path inside the insulation layer was investigated using three experimental approaches: a temperature monitoring with thermocouples; a relative humidity monitoring with capacitive sensors SHT 75; and the use of fluorescein tracer micro-particles. The respective benefits and limitations of the various methods were identified to help in the selection of the most appropriate one for further studies.

Die Anatomie des Holzes stellt eine entscheidende Einflussgröße bei einer Vielzahl holztechnologischer Prozesse dar. Der folgende Beitrag behandelt den Bau der verholzten Zellwand am Beispiel der Tracheiden des Nadelholzes.

Die Anatomie des Holzes stellt eine entscheidende Einflussgröße bei einer Vielzahl holztechnologischer Prozesse dar. Der Beitrag soll mit Hilfe rasterelektronenmikroskopischer Bildtafeln den anatomischen Bau des Holzes der Gattung Picea anschaulich vermitteln.

Druckholz, das Reaktionsholz der Nadelgehölze, weicht in vielfältiger Weise vom normalen Stammholz ab: sein hoher Ligningehalt, die flachchraubige Orientierung der Fibrillen und die Dickwandigkeit der im Querschnitt runden Tracheiden bewirken eine rotbraune Färbung des Holzes, eine höhere Rohdichte, eine höhere Längsschwindung und eine geringere Zugfestigkeit. Die Eigenschaftsveränderungen des Holzes infolge des Vorhandenseins von Druckholz sind im Bereich der Holzbearbeitung zumeist nicht erwünscht. Druckholz kann jedoch auch gezielt zur Herstellung technologisch anspruchsvoller Produkte eingesetzt werden.

Le soudage du bois est une technique d'assemblage sans adhésif de deux pièces de bois, leur soudure étant produite par friction mécanique sous pression des deux pièces. Ce procédé, applicable à des pièces de bois plates, d'essences identiques ou différentes, se prête à la fabrication de meubles et à la menuiserie. Cependant, le joint obtenu n'est pas de classe "extérieur", ce qui le réserve à un usage "intérieur". En effet, un joint destiné à une utilisation extérieure ou en milieu à humidité variable doit présenter une résistance élevée à l'eau. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier la résistance à l'eau du bois soudé. A cet effet, des méthodes d'essais complémentaires et non-destructrices ont été utilisées, comme le scanner ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM). L'influence des paramètres de soudage et des propriétés du bois sur, d'une part, la formation et la propagation des fissures dans la ligne de soudure, et sur, d'autre part, la densité et l'absorption d'eau de la soudure a été ainsi étudiée. Les expériences de cette thèse seront menées sur des échantillons de pin (Pinus sylvestris) de dimensions 200 mm x20 mm x 40 mm, coupés dans la direction longitudinale du fil du bois. La Norme Européenne EN 205 a servi de cadre pour déterminer la résistance des échantillons de pin en traction-cisaillement. Les méthodes d'essais (non-destructrices) ont été utilisées selon leur pertinence: le scanner a servi à étudier la formation et la propagation des fissures; l'imagerie par résonance magnétique (IRM) a permis quant à elle de caractériser la pénétration et l'infiltration d'eau dans le bois soudé.Le mécanisme d'adhérence du pin a été étudié grâce à la RMN MAS (spectrométrie à résonance magnétique nucléaire avec polarisation croisée et rotation à l?angle magique) du carbone13 et à la micro-densitométrie par rayons X. Ces différentes méthodes, non destructrices, offrent l'avantage d'une analyse non invasive et l'élimination de facteurs parasites liés à la préparation et à la coupe du bois. Voici en résumé les résultats obtenus les plus marquants: (1) Le scanner et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont des méthodes de recherche particulièrement polyvalentes et adaptées à l'étude des bois soudés. (2) L'utilisation de bois de coeur, une pression de soudage de 1.3 Mpa et un temps de soudage de 1.5 s permettent d'augmenter la résistance à l'eau du pin soudé. (3) Des tests d'optimisation ont montré que la résistance du pin en traction-cisaillement est plus sensible aux variations de temps de soudage qu'au temps de refroidissement et qu'elle peut être optimisée à plus de 9.7 MPa en respectant une pression de 1.3 Mpa, un temps de soudage > 3.5 s et un temps de refroidissement < 60 s. (4) La résistance à l'eau du bois soudé peut être améliorée dans une certaine mesure en faisant varier paramètres de soudage et propriétés des essences, mais dans tous les cas, le recours à un imperméabilisant naturel et écologique reste nécessaire. (5) Le pin soudé possède une résistance à l'eau et en traction-cisaillement inhabituellement élevée, cela pouvant s'expliquer par une teneur en composés extractifs augmentée. (6) Des essais sous IRM ont montré que les causes de rupture du joint varient suivant l'essence: faible résistance à l'eau de la ligne de soudure dans le cas du hêtre soudé, retrait et expansion du bois dans le cas du pin soudé. (7) Les extractifs du pin améliorent nettement la résistance à l'eau du joint soudé, mais à un niveau qui ne lui permet cependant pas la certification "extérieur" sans protection. En revanche, il peut être certifié "semi-extérieur" avec protection. / Wood welding is a mechanical friction process allowing the assembly of timber without any adhesives. The process consists of applying mechanical friction, under pressure, alternately to the two wood surfaces to be welded. This process can be applied to weld two flat pieces of timber, originating from the same or different tree species, and can be used in the manufacture of furniture and wood joinery. The only limitation is that the joint is not exterior-grade, but only suitable for interior joints. Exterior use, or use in an environment with varying humidity demands water resistance of the welded joints. The main objective of this thesis is to study the water resistance of the welded wood. This is complemented with special attention to non-destructive test methods such as X-ray Computed Tomography (CT-) scanning and Magnetic Resolution Imaging (MRI). The influence of welding parameters and wood properties on crack formation and crack propagation in the weldline was investigated. The influence of these parameters on weldline density and water absorption in the weldline were also studied. Investigations in this thesis are based on welded samples of Scots pine (Pinus sylvestris) of the dimensions 200 mm × 20 mm × 40 mm which were cut in the longitudinal direction of the wood grain. The tensile-shear strength of the welded Scots pine samples were determined using European standard EN 205. Different non-destructive methods such as X-ray Computed Tomography (CT-) scanning to study crack formation and propagation, and magnetic Resolution Imaging (MRI) to characterize water penetration and the distribution mechanism in welded wood were used. Solid state CPMAS 13C NMR spectrometry and X-ray microdensitometry investigations were carried out to study the mechanism of adhesion in Scots pine. These various non-destructive methods offer the advantage of non-invasive analysis and the elimination of any artifacts present due to preparation and sectioning. The most important results are summarized as follows: (1) X-ray Computed Tomography (CT-) scanning and Magnetic Resolution Imaging (MRI) are versatile research methods applicable to investigations of welded woods. (2) Water resistance of welded Scots pine can be increased using heartwood, a welding pressure of 1.3 MPa, and a welding time of 1.5 s. (3) Optimization tests showed that the tensile-shear strength of Scots pine was more sensitive to welding time changes than holding time and could be optimized to more than 9.7 MPa using 1.3 MPa welding pressure, > 3.5 s welding time, and < 60 s holding time. (4) Changing welding parameters and wood properties can increase water resistance of welded wood to some extent, but treating the weldline with certain natural and environmentally-friendly water repellents is still necessary. (5) Welded Scots pine shows unusually high water resistance and tensile-shear strength. This may be explained by there being more extractives compounds in Scots pine. (6) MRI experiments showed that the origin of the joint failure in welded beech is poor water resistance of the weldline, while swelling and shrinkage of wood are the main reasons for joint failure of welded Scots pine. (7) Extractives in Scots pine dramatically improve water resistance of the welded joint, but not to a level to classify the joint as an unprotected exterior grade. However, it can qualify as a joint for protected semi-exterior application.