Pour le calcul de structures en bois, il convient d'appliquer les méthodes décrites dans l'Eurocode 5. L'application de ces méthodes oblige les prescripteurs à utiliser du bois classé, c'est à dire du bois dont les propriétés mécaniques sont garanties. L'attribution d'un sciage à une classe nécessite de garantir trois propriétés : la masse volumique, le module d'élasticité (MOE) et la résistance à la flexion (MOR). La détermination de la masse volumique et du MOE est relativement bien maitrisée, le verrou technologique restant concerne la prédiction du MOR. La possibilité d'améliorer cette prédiction par l'ajout de la mesure de singularités (nodosité ou pente de fil) ou de données sylvicoles dans des modèles a ainsi été étudiée. L'attribution d'un sciage à une classe mécanique est régie par des normes et la qualité de la prédiction des propriétés mécaniques n'est pas suffisante pour juger du rendement réel du classement d'un lot de sciages. C'est pourquoi les rendements de classement obtenus entre différentes technologies ont été comparés sur des essences présentant un fort potentiel de récolte en France (le douglas, l'épicéa et le chêne). La problématique de la refente de poutres en bois lamellé-collé a elle aussi été abordée. La perte de résistance engendrée par le processus de refente a ainsi été détaillée et confrontée aux recommandations normatives / The methods described in Eurocode 5 must be applied to the calculation of timber structures. The application of these methods requires prescribers to use wood whose mechanical properties are guaranteed. To assign a board to a class, three properties must be guaranteed: the density, the modulus of elasticity (MOE) and bending strength (MOR). The determination of the density and MOE is already mastered; the remaining technological obstacle concerns the prediction of MOR. The possibility to improve the prediction by measuring singularities (knot or slope of grain) or keeping the traceability of forest data has been investigated. Strength grading is governed by standards and the predictions quality of mechanical properties is not sufficient to evaluate the grading efficiency. Therefore the efficiency between different technologies has been compared on species with high harvest potential in France (Douglas fir, spruce and oak). The problems encountered when glulam beams are split have been analyzed. Particularly, the strength loss caused by the splitting process has been detailed and compared to the normative recommendations

Le traitement thermique du bois est une industrie qui se développe depuis une dizaine d'années, mais est freinée par l'absence de certifications. Le bois traité thermiquement est un matériau nouveau dont les propriétés mécaniques et de durabilité sont modifiées grâce aux réactions chimiques des biopolymères avec l'apport de chaleur. Cette étude vise à trouver des indicateurs non destructifs permettant d'apporter des garanties sur les performances des bois chauffés. La caractérisation de plusieurs essences chauffées chez Bois Durables de Bourgogne permet d'abord d'apprécier l'influence du traitement thermique sur des échantillons variés avec de petites éprouvettes sans défaut. Cette première campagne montre une amélioration prononcée de la durabilité permettant des usages en classe d'emploi 4, et des variations de propriétés mécaniques qui dépendent des sollicitations étudiées. Les propriétés apparaissant comme les plus importantes à estimer en vue d'une certification sont celles de la résistance en flexion et de la perte de masse due au traitement thermique, directement reliée à la durabilité grâce aux travaux du LERMAB. A ce stade, l'analyse vibratoire apparaît comme un bon indicateur de l'intensité de traitement. Dans un second temps, l'essence de frêne est étudiée à quatre intensités de traitement entre 170 et 228 °C sur des éprouvettes en dimensions d'emploi. Cette deuxième campagne permet de confirmer que l'analyse vibratoire est un bon indicateur pour la perte de masse, mais ne permet pas cette fois d'estimer la résistance en flexion. La composition élémentaire du bois mis en évidence comme indicateur par d'autres travaux ne semble pas utilisable dans un contexte industriel. En revanche, l'aire sous la courbe de traitement est une mesure globale et disponible qui est bien corrélée avec les valeurs moyennes de résistances en flexion et de pertes de masse. / The heat treatment of wood has been a growing industry in the last decade, but its development is curbed by the lack of certifications. Heat-treated wood is a new material whose mechanical properties and durability are modified by heat transfer and chemical reactions of biopolymers. This study aims at finding non-destructive indicators that can guarantee heat-treated wood quality. The characterization of several species heated by Bois Durables de Bourgogne first enables to assess the influence of heat treatment on various samples using small specimens free from defects. This first approach shows a marked improvement of durability ensuring uses in hazard class 4, and variations of mechanical properties depending on studied reaction. Properties that appear as the most relevant in terms of certifications are bending strength and mass loss due to heat treatment. The latter is directly linked to durability owing to studies previously led by LERMAB. At this stage vibration analysis seems to be a proper way to estimate treatment intensity. In a second part ash wood is studied under four treatment intensity, between 170 and 228 °C on large specimens. This second approach confirms that vibration analysis is an appropriate indicator to estimate mass loss, but does not predict bending strength. Wood elemental composition which has been already highlighted as an indicator by other studies is not suitable for an industrial application. On the other hand the area under the treatment chart is a global measurement which is easily available and well correlated with mean values of bending strength and mass loss.

En France, les feuillus constituent la part majoritaire du parc forestier, dont, notamment, le chêne de qualité secondaire. Ce dernier pourrait devenir une alternative à d’autres matériaux de construction. Cependant, en fonction des singularités relatives à chaque sciage, les performances mécaniques peuvent varier considérablement. Il est donc nécessaire de trier les sciages adaptés pour une application en structure. L’efficience des méthodes de classement du chêne apparaît comme une des problématiques majeures. Ce projet de recherche a pour but de développer des méthodes et moyens de mesure capables de classer convenablement le chêne de qualité secondaire et palier au classement visuel par un opérateur. Ce dernier sous-estime fortement les qualités du chêne mais reste fréquemment employé par les industriels faute d’alternative. Au cours de cette thèse, deux modèles de prédiction des propriétés mécaniques ont été développés pour classer par machine le chêne de qualité secondaire. Ces modèles se basent sur une large campagne expérimentale de contrôle non destructif, avec validation par essais destructifs. Le premier modèle est analytique, exploitant les cartographies d’orientation des fibres des sciages pour déterminer localement les résistances et modules élastiques, et en déduire les propriétés globales. Le second modèle est statistique, basé sur l’analyse des signaux vibratoires sous sollicitation longitudinale ou transversale. Les résultats obtenus montrent que la méthode vibratoire longitudinale, employée couramment en industrie dans le cas des résineux, n’est pas adaptée pour classer convenablement le chêne de qualité secondaire. A l’inverse, la méthode vibratoire transversale sur chant permet d’obtenir des rendements de classement pertinents mais nécessite des efforts de développement pour être industrialisée. Le modèle basé sur la mesure de l’orientation des fibres offre les meilleurs rendements et des résultats stables sur l’ensemble des classes étudiées. / Hardwoods are the majority in France, with a substantial amount of small, low grade oaks. This resource could be an alternative of typical construction materials. However, mechanical properties can change a lot depending on timber defects. Thus, it is necessary to verify the good quality of each board in order it can be used in structural applications. The efficiency of grading methods is one of principal challenges to promote the use of oak in structures. The present work aims to provide new grading machine solutions relative to low grade oak which could replace the traditional and downgrading method based on visual sorting by an operator.Indeed, two models have been developed during this thesis, based on nondestructive measurements following by destructive tests to validate them. The first one is an analytical model based on grain angle scanning measurements. From grain angle data maps, local values of modulus of elasticity and resistance were computed, then the global mechanical properties were computed. The second one is a statistical model based on the analysis of longitudinal and transversal vibrational measurements. The results show that the longitudinal vibrational method based on the first longitudinal eigen frequency, which is mostly employed in softwood industry, is not suited for oak grading. However, the efficiency of the methods based on transversal vibrations is pretty good but it needs additional efforts for industrial application. In this work, the model based on grain angle scanning offer the best and the more robust grading efficiency for all grades.

Dans le cas du bois massif, les résistances en flexion et en traction peuvent être altérées par la présence de défauts. Les nœuds et la distorsion du fil qui en découle, sont les causes de la diminution du rendement mécanique des sections de poutres de structure. A ce jour, l’effet de ces défauts sur la perte de résistance de l’élément de structure ne peut être quantifié avec exactitude. Le classement mécanique du bois de structure n’est alors pas optimal et ne permet pas de valoriser les éléments de fortes résistances. La présente étude a pour objectif d’étudier l’influence de la nodosité sur le rendement mécanique de poutres en Pin Maritime dans le but d’en améliorer son classement mécanique. Cette étude s’appuie sur une base de données recensant les propriétés mécaniques et physiques de poutres de grandes dimensions ainsi que les propriétés géométriques des nœuds présents sur ces éléments. Différents outils statistiques sont utilisés afin de définir les variables explicatives et leurs pouvoirs prédictifs sur la résistance mécanique de ces composants structurels. De ces analyses, il ressort que certaines caractéristiques propres aux nœuds sont significatives et permettent d’améliorer la prédiction de la résistance. Des modélisations éléments finis de tronçons de poutres présentant un nœud sont proposées pour justifier la présence de ces paramètres dans les modèles prédictifs et afin de compléter cette base de données par des propriétés mécaniques. Ces modélisations numériques, accompagnées d’un critère de ruine, permettent d’établir des courbes de performances mécaniques en présence d’un nœud. Ces données numériques sont comparées aux résultats expérimentaux afin de vérifier la fiabilité de l’approche proposée. / The bending and tensile strengths of timber can be reduced by the presence of heterogeneities. The knots and the local slope of grain in the surrounding area are the most relevant. Nowadays, the effect of knots reduces the stiffness and the strength of structural elements. The Timber grading is not optimized and does not promote the strongest beams for a timber engineering use. The goal of this study is to evaluate the influence of knots on the bending strength of beams in Maritime Pine, order to improve their timber grading. This work is focused on a database, which takes into account the mechanical and the physical properties of beams and specific geometrical parameters relative to knots detected in elements. Several statistical tools like neural networks are used to define the explanatory variables and their predictive powers of the bending strength. From these analyses, it is shown that some variables characterizing the knots are pertinent and allow the improvement of the prediction of the strength. To justify the presence of these variables in the predictive equations, finite element simulations of single knot are proposed. These numerical computations associated to a fracture criterion allow the establishment of strength performance curves due to the presence of knot in an elementary loaded volume (tension and bending configurations). These numerical data are compared to the experimental results in the aim to verify the reliability of the finite element approach.