Les processus de mise en forme des matériaux par enlèvement de matière s'accompagnent de nombreux phénomènes vibro-acoustiques à la fois source de nuisances mais aussi révélant des informations utiles sur la coupe et sur la qualité du processus en cours. Dans le cas du déroulage, les opérateurs sont capables d'ajuster "à l'oreille" certains réglages de la machine en cours d'usinage. Une enquête auprès de professionnels a permis de cibler des modalités expérimentales, susceptibles de créer les situations caractéristiques pour les opérateurs. Des essais de déroulage ont été conduits sur la microdérouleuse du LABOMAP à partir de deux essences homogènes (hêtre et peuplier) et d'un matériau de référence (PTFE). Cette première étude a permis, dans des conditions contrôlées, l'identification de la signature de l'ouverture des fissures de déroulage dans les domaines temporel et fréquentiel. Les influences des paramètres de coupe sur le mécanisme de fissuration ont pu être clarifiées ou confirmées. La caractérisation de la qualité du bois à l'état vert demeure un problème, tant du point de vue technique que normatif. Le principe d'un outil simple de mesure de la position effective des fissures sur le placage a été proposé à partir de données vibratoires. Le comportement vibratoire et acoustique de la microdérouleuse en fonction des paramètres de coupe (épaisseur du placage, angle de dépouille, vitesse de coupe, taux de compression de la barre, essence, usure de l'outil) a été analysé dans les domaines temporels et fréquentiels. La prochaine étape passe par la validation de résultats obtenus à l'échelle d'un billon sur une dérouleuse de type industriel.

Le déroulage permet de transformer un billon en un ruban continu de bois vert (de 0.6 à plus de 3 mm d'épaisseur) appelé "placage". La production de placages joue un rôle important dans l'industrie du bois car les placages servent de base d'un grand nombre de produits industriels (ex : Parallel Strand Lumbers (PSL), Laminated Veneer Lumber (LVL), contreplaqués, emballages légers, etc.) parmi les plus utilisés dans l'industrie du bois. Pour certaines essences, ce procédé exige un prétraitement, appelé " l'étuvage " qui consiste à chauffer au préalable le bois vert (saturé en eau) par immersion dans l'eau ou dans la vapeur d'eau chaude afin de lui conférer une déformabilité remarquable tout en diminuant les efforts de coupe. Cette pratique présente cependant de nombreux inconvénients industriels et environnementaux (fentes à cœur, faible rendement, dépense énergétique importante, pollution des eaux, fentes à cœur, traitement immobilisant des stocks de bois importants pour des longues périodes,...).L'objectif de cette étude est de développer une innovation majeure pour les industries du déroulage et du tranchage, visant à remplacer les pratiques d'étuvage par une technologie de chauffe embarquée sur les machines de production. La technologie de chauffe par rayonnement infrarouge a été retenue pour sa facilité de mise en place sur la machine (panneaux rayonnants peu encombrants) et sa rapidité à atteindre des températures source élevées pouvant ainsi suivre les cadences de déroulage rapides exigées par les industriels (de 1 à 5 m.s-1). Cette nouvelle technologie utilisant les infrarouges pour chauffer le bois vert avant le déroulage serait une innovation majeure pour les industries impliquées dans la fabrication du contreplaqué, LVL, etc.Pour ce faire, l'étude a été conduite en quatre temps:-Elaboration d'un modèle numérique permettant la simulation de la chauffe de bois ronds déroulé avec différents paramètres du bois (humidité, propriétés thermiques),-Caractérisations thermique et optique du bois vert (en termes de profondeur de pénétration et de capacité d'absorption des rayonnements infrarouge) pour alimenter le modèle,-Validation du modèle par des essais de déroulage avec chauffe embarquée.L'apport majeur de cette étude est d'avoir démontré que la pénétration des rayonnements infrarouge dans le bois se limite à quelques dizaines de micromètres. La propagation de la chaleur jusqu'au plan de coupe situé à quelques millimètres sous la surface s'effectue donc par conduction, mode de transfert de chaleur lent dans le cas du bois aux propriétés isolantes remarquables. La chauffe embarquée semble donc inadaptée face aux cadences de déroulage imposées par les industriels. L'utilisation d'une telle technologie dans le cas du tranchage reste à étudier et en particulier l'impact de l'absence d'étuvage par immersion sur la qualité des placages (couleur, état de surface).

Le déroulage permet de transformer un billon en un ruban continu de bois vert (de 0.6 à plus de 3 mm d'épaisseur) appelé “placage”. La production de placages joue un rôle important dans l'industrie du bois car les placages servent de base d'un grand nombre de produits industriels (ex : Parallel Strand Lumbers (PSL), Laminated Veneer Lumber (LVL), contreplaqués, emballages légers, etc.) parmi les plus utilisés dans l'industrie du bois. Pour certaines essences, ce procédé exige un prétraitement, appelé « l'étuvage » qui consiste à chauffer au préalable le bois vert (saturé en eau) par immersion dans l'eau ou dans la vapeur d'eau chaude afin de lui conférer une déformabilité remarquable tout en diminuant les efforts de coupe. Cette pratique présente cependant de nombreux inconvénients industriels et environnementaux (fentes à cœur, faible rendement, dépense énergétique importante, pollution des eaux, fentes à cœur, traitement immobilisant des stocks de bois importants pour des longues périodes,…).L'objectif de cette étude est de développer une innovation majeure pour les industries du déroulage et du tranchage, visant à remplacer les pratiques d'étuvage par une technologie de chauffe embarquée sur les machines de production. La technologie de chauffe par rayonnement infrarouge a été retenue pour sa facilité de mise en place sur la machine (panneaux rayonnants peu encombrants) et sa rapidité à atteindre des températures source élevées pouvant ainsi suivre les cadences de déroulage rapides exigées par les industriels (de 1 à 5 m.s-1). Cette nouvelle technologie utilisant les infrarouges pour chauffer le bois vert avant le déroulage serait une innovation majeure pour les industries impliquées dans la fabrication du contreplaqué, LVL, etc.Pour ce faire, l'étude a été conduite en quatre temps:-Elaboration d'un modèle numérique permettant la simulation de la chauffe de bois ronds déroulé avec différents paramètres du bois (humidité, propriétés thermiques),-Caractérisations thermique et optique du bois vert (en termes de profondeur de pénétration et de capacité d'absorption des rayonnements infrarouge) pour alimenter le modèle,-Validation du modèle par des essais de déroulage avec chauffe embarquée.L'apport majeur de cette étude est d'avoir démontré que la pénétration des rayonnements infrarouge dans le bois se limite à quelques dizaines de micromètres. La propagation de la chaleur jusqu'au plan de coupe situé à quelques millimètres sous la surface s'effectue donc par conduction, mode de transfert de chaleur lent dans le cas du bois aux propriétés isolantes remarquables. La chauffe embarquée semble donc inadaptée face aux cadences de déroulage imposées par les industriels. L'utilisation d'une telle technologie dans le cas du tranchage reste à étudier et en particulier l'impact de l'absence d'étuvage par immersion sur la qualité des placages (couleur, état de surface). / In the wood-products industry ‘peeling' is the process of converting a log into a continuous thin ribbon of green wood (from 0.6 to more than 3 mm thickness) termed veneer. Veneers are mainly used for manufacturing light weight packaging and Engineer Wood Products (EWP) such as plywood, Laminated Veneer Lumber (LVL) and Parallel Strand Lumbers (PSL). These three latter EWPs manufactured from veneers glued and pressed together, are amongst the most used wood products. That is the reason why the production of veneer plays an important role in the wood-products industry. For certain species, the peeling process requires the prior heating of round green-wood to temperatures ranging from 30 to 90 °C. This treatment is necessary to increase wood deformability, to reduce the severity of lathe checking in the veneers and to reduce cutting forces. It is usually done by immersion in hot water or by steam treatment. However it has many disadvantages amongst which are the duration of treatment (12 to 72 hours), the washing out of polyphenolic extractives - which causes water pollution and can affect wood's natural durability - low yield and energy losses.The goal of this PhD thesis was to develop a heating system embedded on the peeling lathe to circumvent many of these disadvantages. Infrared technology appears to be the most promising solution because of the ease of integration into the peeling process and of the power it offers, enabling the required heating temperatures to be achieved quickly and follow the highly demanding peeling speeds in use in the industry (from 1 to 5 m.s-1). This new technology, using radiant energy to heat green-wood prior to peeling, would be a major innovation for the industries involved in the production of plywood, Laminated Veneer Lumber (LVL), etc.The plan to achieve this goal consisted of:- Creating a model of infrared heat transfer in green wood while peeling it, with the characteristics of wood (moisture content, thermal properties) being amongst the input variables,-Investigating the thermal and optical characteristics of green wood (in terms of penetration depth and infrared absorption by green wood) to feed the model,-Validating the model with experimental peeling tests assisted by an infrared heating system.One of the main outputs of this study was to demonstrate that the penetration depth of infrared radiation into green wood is limited to several tenths of micrometers. Heat transfer into green wood up to the cutting plane (located several millimeters underneath the surface) is by conduction, which is slow due to the insulating properties of wood. Heating green wood with infrared radiation is therefore unable to match the highly demanding peeling rates in use in the industry today. However, the use of an embedded heating system in the case of slicing and the potential impact on improving veneer quality (colour, surface quality) remain open for further research.

Le Douglas sera la première essence résineuse en France dans les 10 ans à venir, avec des volumes commercialisables de l’ordre de 3 millions de m3/an. Sa valorisation par déroulage se heurte à deux caractéristiques défavorables de son duramen (une humidité à l’état vert proche du point de saturation des fibres (entre 30 et 40%) et une très mauvaise imprégnabilité à l’eau. Ceci rend ce bois très difficile et très long à chauffer par bouillottage avant déroulage. La matière ligneuse étant un bon isolant thermique, l’eau libre constitue généralement le milieu chauffant privilégié dans l’opération d’étuvage préalable au déroulage. Le temps de chauffe dans le cas du Douglas est doublé voire triplé par rapport à d’autres essences plus humides. Cela se traduit par un gaspillage énergétique et une immobilisation de stocks accrue. En vue d’améliorer la cinétique d’imprégnabilité de bois rond de Douglas, nous avons testés un certain nombre de modalités d’imprégnation à deux échelles différentes. À l’échelle de paillasse, des barreaux de 20 mm (R) x 20 mm (T) x 120 mm (L) prélevés dans le duramen, ont subis différents essais de trempage en faisant varier la température de l’eau, la durée du trempage, le type de refroidissement. Certaines modalités ont été répétés en plaçant le bain sous ultrason (fréquence 20 kHz, puissance 400 W) et pour d’autres en ajoutant un tensio-actif dans l’eau ou procéder à un séchage (thermique, naturel, vide) préalable des éprouvettes. Après chaque essai, la reprise d’eau a été quantifiée par double pesée. Nous avons montré un effet de bord répétable sur toutes les modalités mais aucune de celles-ci ne permet une amélioration significative de la reprise en eau du duramen sauf pour le cas du séchage préalable qui a profondément amélioré l’imprégnabilité. La transposition des traitements à l’échelle industrielle sur des billons de 50 cm de longueur et 20 cm de diamètre a montré l’efficacité du séchage préalable sur la capacité du bois d’être pénétré par l’eau, mais insuffisante pour améliorer significativement les conditions de déroulage. Le suivi de l’imprégnabilité par scanner à rayons X a confirmé la persistance de l’hétérogénéité de la répartition d’humidité sur toutes les modalités d’expériences réalisées. Les observations par microscopie confocale à balayage laser (CLSM) ont montré que le processus de séchage à 103°C, a généré des micro-fissures dans les parois cellulaires des ponctuations. Les essais de déroulage réalisés sur les billons issus des différentes modalités étudiées n’ont montré aucune différence de comportement aussi bien en termes d’efforts de coupe qu’en qualité des placages obtenus / In the ten next years, Douglas-fir will be the main softwood resource harvested in France. It its valorization by peeling comes up against two of its particularities that complicate boiling efficiency: (i) the heartwood has a MC near FSP (30 to 40%) i.e. there is near no free water into tracheid (ii) it is impossible to impregnate this heartwood at atmospheric pressure with water. As a result, wood material being a very efficient insulator material, boiling of Douglas-fir prior to peeling for veneer production will take a very long time, free water being the main medium allowing heat transfer into green wood. Wood is a good thermal insulator, free water is generally preferred in the heating operation steaming prior peeling. Heating time in the case of Douglas is doubled or tripled compared to others species. This results in wasted energy and increased immobilization stocks. In order to improve the kinetics of impregnability of Douglas heart wood, we tested a number of methods of impregnating at two different scales. At the bench scale, samples with 20 mm (R) x 20 mm (t) x 120 mm (L) taken from the heartwood, have suffered from various tests by varying the soaking water temperature, duration soaking, the type of cooling. Some terms were repeated by placing the bath in ultrasound (frequency 20 kHz, power 400 W) and others by adding a surfactant in water or to drying samples, (thermal, natural, vacuum) prior impregnation . After each test, the water uptake was quantified by double weighing. We showed a repeatable board effect across all categories but none of them allows a significant improvement in the water uptake heartwood except drying that profoundly improved the moisture content of samples. The transposition to the industrial scale processing on ridges (50 cm long and 20 cm in diameter) showed the effectiveness of prior drying on the ability of wood to be penetrated by the water, but insufficient to significantly improve the peeling conditions. X-ray scanner observations confirm the persistence of the heterogeneity of the moisture distribution across all categories of experiments. The confocal laser scanning microscopy (CLSM) showed that the drying process at 103 ° C, generated microcracks in the cell walls of the pits. The tests performed on the peeling logs from different modalities studied showed no difference in behavior both in terms of cutting forces and quality veneers obtained

Le procédé de déroulage est un procédé de coupe orthogonale du bois vert dont l'arête de coupe est parallèle à la fibre et dont la valeur ajouté est apportée au copeau. L'enjeu actuel est de d'augmenter la déroulabilité du Douglas français ainsi que de déterminer celle des bois guyanais tout en évitant de trop lourdes expérimentations. Une modélisation de ce procédé est donc nécessaire. Le noeud scientifique est la loi de comportement du bois durant le déroulage, comme ce procédé est caractérisé par une grande vitesse de déformation et d'importantes et complexes déformations mêlant cisaillement et compression. Afin comprendre les phénomènes physiques mis en jeux, nous avons réalisé plus de 700 essais quasistatiques de traction, compression et torsion avec différents types de chargement. Nous avons aussi réalisé une centaine d'essais de déroulage sur une micro-dérouleuse instrumentée à laquelle nous avons ajouté des mesures de températures. Nous proposons une modélisation analytique adaptée à la description des régimes continus de coupe. La description de la zone de déformation est lagrangienne et la résolution se fait par les puissances mises en jeu. Nous proposons une loi de comportement hyper-élastique isotrope compressible de Rivlin généralisée d'ordre 4 dont nous avons déterminé la forme grâce aux essais quasi-statiques et les coefficients grâce à une résolution de problématique inverse de Levemberg-Marquardt afin de tenir compte de la vitesse de déformation. Pour la première fois, l'angle d'inclinaison de la zone de déformation prédit correspond aux observations expérimentales. De plus, au moins 75% des efforts calculés sont à moins de 15% des efforts expérimentaux.

L'industrie du déroulage est le débouché majeur de la ressource en peuplier constituée de cultivars toujours plus nombreux. Une évaluation de la qualité des bois de ces cultivars est nécessaire pour connaître leur aptitude tant à des emplois conventionnels (emballages légers, contreplaqués) qu'innovants (panneaux LVL - Laminated Veneer Lumber - pour la construction) afin d'orienter les populiculteurs dans leurs choix sylvicoles. Le présent travail participe à cette démarche et porte sur l'aptitude au déroulage de 10 cultivars de peuplier (5 confirmés et 5 en fort développement) issus de 4 types de stations forestières différentes, sur la qualité des placages et les caractéristiques mécaniques des panneaux contreplaqués et LVL. Trois arbres ayant été prélevés par cultivar et par type de station, l'échantillonnage est donc constitué de 120 arbres. Ainsi 40 billons ont été déroulés en conditions de laboratoire en 1.4 mm et 40 en 3 mm. Les 40 billons restants ont été déroulés en industrie pour estimer les rendements qualitatifs et quantitatifs. La qualité des placages a été évaluée en considérant le tuilage, les qualités de surface (rugosité et peluchage), les variations d'épaisseur, la fissuration. Ces placages ont permis de réaliser 320 panneaux contreplaqués et LVL avec 2 types de colles : une PVAC et une MUF. Chaque panneau a été caractérisé par des essais non destructifs et destructifs en flexion et en cisaillement. Il apparait que la qualité du placage ne dépend que de l'épaisseur du déroulage et de la position radiale dans l'arbre. Les performances mécaniques des panneaux sont essentiellement influencées par l'épaisseur du placage et le type de colle. La variabilité inter-cultivar et inter-station reste à tout niveau très faible : il ne convient donc pas d'adapter les conditions de coupe aux différents cultivars mais une réflexion doit être menée sur l'intérêt qu'il pourrait y avoir à augmenter les révolutions du peuplier pour envisager des emplois en construction bois. Des propositions sont amorcées pour atténuer les effets du bois de tension, génératrice de surfaces pelucheuses.