Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. [138]-146. Publié aussi en version électronique.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 6 octobre 2006). Bibliogr.

Aujourd'hui, les grandes structures en bois sont rendues possibles grâce à la présence sur le marché de matériaux en bois d'ingénierie très développés. Généralement, tous ces matériaux structuraux et leurs constituants sont de forme rectangulaire, pleine et droite. Il est rare de rencontrer une géométrie périodique, comme la forme ondulée, chez ces matériaux à base de bois, alors que cette géométrie est très courante dans les structures métalliques et les matériaux composites avancés. La configuration ondulée est considérée comme un mécanisme de renforcement mécanique très efficace qui permet d'améliorer la capacité portante et la stabilité d'une structure plate mince. Ce mécanisme est mis en évidence dans ce projet de recherche qui vise à concevoir et développer un composite structural à base de panneaux corrugués à base de bois afin de favoriser l'utilisation de matériaux biosourcés dans la construction au Canada. armi les options de développement possibles, les produits Corrshield et Corrpack de l'entreprise Corruven constituent des matières premières de base permettant au présent projet la conception d'un nouveau matériau composite structural. Dans le premier volet de ce projet, les panneaux corrugués à base de bois ont été caractérisés mécaniquement. Cette caractérisation comprenait des essais de compression, de traction et de flexion dans le sens parallèle et perpendiculaire aux ondulations du panneau. La configuration ondulée permet de renforcer ces panneaux dans le sens de l'ondulation, à tel point que les propriétés mécaniques des panneaux ondulés dans le sens longitudinal sont clairement supérieures à celles dans le sens transversal. Par la suite, des applications structurelles potentielles du composite à base de ces panneaux ont été identifiées. Parmi ces applications structurelles qui pourraient être développées, les poutrelles en I avec une âme à base de panneaux corrugués semblent être l'option la plus prometteuse. L'idée est de fournir au concepteur une option supplémentaire aux poutrelles en I de bois qui existent actuellement sur le marché. La poutrelle développée possède une âme en panneaux corrugués capable de remplir le même rôle structurel que les âmes courantes de poutrelle en I de bois. Par conséquent, un cahier des charges a été établi pour une poutrelle avec âme à base de panneaux corrugués ayant une fonction structurelle, sur la base des spécifications des poutrelles en I de bois. Dans un second volet de ce projet, deux modèles de poutrelle avec des configurations d'âme différentes ont été sélectionnés. Le premier modèle consiste en une poutrelle en I dont l'âme est constituée d'un seul panneau corrugué placé verticalement. Le second est une poutrelle en I dont l'âme est constituée d'un double panneau corrugué placé verticalement en nid d'abeille. Les poutrelles développées ont été fabriquées et caractérisées par des essais de flexion afin de déterminer leurs propriétés mécaniques. Les résultats ont montré que la capacité de cisaillement d'une poutrelle avec une âme ondulée à un seul panneau n'est que de 45 %, tandis qu'une poutrelle avec une âme ondulée à double panneau offre 87 % de la capacité de cisaillement des poutrelles en I de bois avec âme en OSB. Dans un troisième volet de ce projet, une étude numérique a été appliquée sur des poutrelles en I avec âme ondulée dans l'essai de flexion en utilisant le logiciel Abaqus. Cette approche numérique a permis d'étudier la sensibilité du modèle d'essai de la poutrelle aux propriétés élastiques de l'âme ondulée. Les résultats montrent que le module de cisaillement dans le plan est la propriété élastique la plus significative dans le comportement de la poutrelle et est estimé à 1300 MPa, afin de reproduire le même comportement de la poutrelle à âme ondulée que celui testé expérimentalement. Cette approche numérique a également permis de déterminer le mode de rupture en cisaillement de l'âme ondulée. Ce mode de rupture se manifeste par un flambage interactif, suivi de la création de lignes de tension diagonales. / Today, large wood structures are made possible by the presence on the market of highly developed engineered wood materials. Typically, all these structural materials and their components are rectangular, full, and straight. It is rare to find a periodic geometry such as the corrugated shape in these wood-based materials, whereas this geometry is very common in metal structures and advanced composite materials. The corrugated configuration is considered a highly effective mechanical reinforcement mechanism for improving the capacity and stability of a thin, flat structure. This mechanism is highlighted in this research project, which aims to design and develop a structural composite based on corrugated wood-based panels to promote the use of biobased materials in construction in Canada. Among the possible development options, Corruven's Corrshield and Corrpack products are the basic raw materials for the design of a new structural composite material. In the first chapter of this project, corrugated wood-based panels were mechanically characterized. This included compression, tensile and bending tests in directions parallel and perpendicular to the corrugations. The corrugated configuration allows these panels to be strengthened in the direction of the corrugation, to such an extent that the mechanical properties of corrugated panels in the longitudinal direction are clearly superior to those in the transverse direction. Subsequently, potential structural applications for the composite based on these panels were identified. Among the structural applications that could be developed, I-joists with corrugated panel web appear to be the most promising option. The idea is to offer designers an additional option to the wood I-joists currently on the market. The joist developed has a corrugated panel web capable of fulfilling the same structural role as the current wooden I-joist webs. Consequently, specifications were drawn up for a joist with a corrugated panel web with a structural function, based on the specifications for wooden I-joists. In the second chapter of the project, two joist models with different web configurations were selected. The first is an I-joist with a single vertically placed corrugated panel web. The second is an I-joist with a double corrugated panel placed vertically in a honeycomb web. The I-joists developed were fabricated and characterized by bending tests to determine their mechanical properties. The results showed that the shear capacity of a joist with a single-panel corrugated web is only 45 %, while a joist with a double-panel corrugated web offers 87 % of the shear capacity of wood I-joists with OSB web. In the third chapter of this project, a numerical study was carried out on I-joists with corrugated web in the bending test, using Abaqus software. This numerical approach made it possible to study the sensitivity of the joist test model to the elastic properties of the corrugated web. The results show that the in-plane shear modulus is the most significant elastic property in the behavior of the joist and is estimated at 1300 MPa, to reproduce the same behavior of the corrugated web joists as experimentally tested. This numerical approach also enabled us to determine the mode of shear failure of the corrugated web. This mode of failure manifests itself as interactive buckling, followed by the creation of diagonal tension lines.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 5 mai 2008). Bibliogr.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 173-181. Publié aussi en version électronique.

Thèse de doctorat : Sciences et Technologies Industrielles : Nancy 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. Index.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 9 février 2006). Bibliogr.

L'effect des matériaux de base sur la fabrication des panneaux de fibres de densité moyenne à été étudié. Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité moyenne (MDF) faits à partir d'épinette noire ( Picea mariana (mill.) BSP.) d'âge de 1-20, 21-40, et plus de 40 ans ont été étudiées. Une analyse de la covariance (ANCOVA) a été faite pour examiner les différences de module de la rupture (MOR), de module d'élasticité (MOE), et de gonflement en épaisseur (TS) pour les trois types de panneaux, alors que la densité des panneaux était traitée comme une covariante afin dαajuster les valeurs moyennes qui ont été en partie attribuées à la densité des panneaux. / Les résultats indiquent que les MOR, la cohésion interne (IB), et l'absorption d'eau des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de fibres de 1-20 ans, donc contenant 100 % de bois juvénile, étaient sensiblement supérieurs à ceux des panneaux faits à partir de fibres de 21-40 et plus de 40 ans alors que lαexpansion linéaire (LE) des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de fibres de 1-20 ans était sensiblement plus grande que celle des panneaux provenant du bois des deux autres classes dαâge. Les différences dans les MOR, IB, lαabsorption dαeau, et lαexpansion linéaire entre les panneaux faits à partir de fibres de 21-40 et plus de 40 ans nαétaient pas significatives. Les comparaisons de MOE et TS des panneaux dépendent relativement de la densité des panneaux et cela est dû à lαexistence dαinteractions avec les trois catégories dαâge. / Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des MDF faits à partir de billes du haut, de mi-hauteur, et du bas de troncs dαépinettes noires ont été étudiées. Une analyse de covariance (ANCOVA) a été faite pour examiner lαeffet de la position du tronçon dans lαarbre sur les MOR et MOE employant la densité de panneaux équilibrée à 22 [degré]C et 65 % comme covariante. Les résultats indiquent que MOE et IB des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de tronçons du haut et à la mi-hauteur sont sensiblement supérieurs à ceux des panneaux faits à partir du tronçons du bas; cependant, il nαy avait aucune différence significative entre les MOE et IB des panneaux faits à partir des billes du haut et à la mi-hauteur. Lαabsorption dαeau des panneaux faits à partir de tronçons du haut et mi-hauteur est sensiblement inférieure à celle des panneaux faits à partir de billes du bas, et la différence dans lαabsorption dαeau entre les panneaux faits à partir de billes du haut et à la mi-hauteur nαétait pas significative. / Le TS des panneaux faits à partir des tronçons du haut était la plus basse parmi celle des trois types des panneaux et était sensiblement différente de celles des panneaux faits à partir de tronçons à la mi-hauteur et du bas. Les panneaux faits à partir de billes du bas ont donné les plus hauts TS, qui étaient sensiblement différents de ceux des panneaux faits à partir des billes du haut et de mi-hauteur. Les différences dans le LE parmi les panneaux faits à partir de tronçons du haut, à la mi-hauteur, et du bas nαétaient pas significatives. La comparaison des MOR des panneaux faits à partir de tronçons du haut, à la mi-hauteur, et du bas dépendait de la densité de panneau dû à lαexistence dαinteractions avec les trois groupes. La densité des panneaux a un effet considérable sur leur MOR et MOE, cependant, son impact sur IB, LE, TS et lαabsorption de lαeau nαétait pas significatif dans cette étude. Des relations linéaires entre MOR, MOE et la densité des panneaux ont été trouvées et des équations décrivant ces relations ont été développées. / Les propriétés en flexion, de cohésion interne, et stabilité dimensionnelle des panneaux MDF faits à partir des trois clones du peuplier ( Populus . spp.) avec le code 915303, 915311, et 915313 ont été étudiés. Lαanalyse de variance et lαanalyse de covariance ont été exécutées dans cette étude pour examiner les différences dans les MOR et MOE des panneaux MDF faits à partir des trois hybrides de peuplier. Les résultats indiquent que les MOR des panneaux fabriqués à partir du clone 915311 étaient sensiblement plus élevés que ceux des panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313; cependant, il nαy avait aucune différence significative dans les MOR entre les panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313. Les MOE des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir du clone 915311 ont été les plus élevés, et sensiblement différents de ceux des panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313; Les MOE des panneaux faits à partir du clone 915303 étaient les plus bas et sensiblement inférieurs à ceux des panneaux du clone 915313. / Les panneaux MDF faits à partir des deux clones 915303 et 915311 étaient supérieurs aux panneaux faits à partir du clone 915313 en ce qui concerne la cohésion interne; mais il nαy avait aucune différence significative dans la cohésion interne entre les panneaux faits à partir du clones 915303 ou 915311. La stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité moyenne a été évaluée par LE, TS, et lαabsorption dαeau, et aucune différence significative nαa été trouvée parmi les trois types de panneaux. Cette étude montre un effet significatif de variation clonale du peuplier hybride sur les propriétés en flexion et le lien interne des panneaux de MDF, et suggère que des améliorations des panneaux MDF dans les propriétés en flexion et de cohésion interne peuvent être faites en choisissant un ou plusieurs hybrides. De plus, la densité des panneaux était un facteur considérable influençant les MOR et MOE des panneaux MDF et des relations linéaires significatives entre les MOR, MOE et la densité des panneaux ont été obtenues. / La possibilité dαemployer le bois de mélèze comme matériau de base pour la fabrication des panneaux MDF a été étudiée. Des panneaux de fibres de densité moyenne ont été fabriqués en laboratoire à partir de fibres produites du bois de mélèze, et des panneaux faits à partir des fibres tirées dαépinette, pin, et sapin (S-P-F) ont été étudiés comme contrôle. Dix pourcent de résine dαurée-formaldehyde (UF) et 0,5 % de cire ont été mélangés avec les fibres produites à partir du mélèze et du bois de S-P-F. Les programmes de pression et de température utilisés pour le pressage des panneaux ont été maintenus identiques pour les deux types de panneaux. / Selon le standard américain national standard ANSI A 208.2-2002 pour lαévaluation des panneaux MDF pour application intérieure, les MOR, MOE, et IB des panneaux faits avec du bois de S-P-F satisfont aux conditions de la catégorie 120. Les MOR et MOE des panneaux faits à partir du bois de mélèze étaient inférieurs à ceux des panneaux faits à partir de S-P-F. Cependant, cette différence peut être compensée en optimisant les paramètres de pressage afin dαacquérir un profil de densité optimisé dans les panneaux. De plus, les propriétés des panneaux faits à partir du bois de mélèze ont pu être améliorées par manipulation des paramètres de raffinage pour réduire la proportion de fines dans la fibre. On peut conclure que le mélèze est utilisable comme matériau de base pour la fabrication de panneaux MDF. / La relation entre les propriétés de panneaux MDF et les caractéristiques du bois et des fibres a été étudiée dans ce travail. Les panneaux MDF ont été manufacturés en laboratoire à partir de différentes espèces et types de bois, qui étaient du bois dαépinettes noires agées de 1-20, 21-40, et plus de 40 ans, ainsi que les billes du haut, de la mi-hauteur, et du bas dαarbres dαépinettes noires, de trois clones de peuplier, de mélèze, et dαun mélange dαépinette, pin, et sapin. Les propriétés mécaniques des panneaux évaluées ont été le module de rupture (MOR), le module dαélasticité (MOE) en flexion, et la cohésion interne (IB), ainsi que la stabilité dimensionnelle évaluée par lαexpansion linéaire (LE), le gonflement en épaisseur (TS), et lαabsorption dαeau (WA), qui ont été analysées comme variables de réponse dans lαétude. Diverses caractéristiques du bois et de la fibre, telles que la densité du bois, son pH et sa capacité tampon basique, le pH de la fibre et sa capacité tampon basique, la longueur moyenne arithmétique des fibres, leur largeur, le pourcentage de fines des fibres, le pourcentage de fibres réparties dans les tamis de taille >3,240 mm2, 0,828 mm2, 0,281 mm2, 0,017 mm2, et sur le tamis 0,017 mm2, ont été mesurées, et ont été utilisées comme variables prédictrices. / Lαanalyse de régression linéaire multiple a été utilisée afin de mettre en évidence les rapports fonctionnels entre les propriétés des panneaux et les caractéristiques des bois et de la fibre. Les résultats indiquent que le module de rupture est négativement lié au pourcentage arithmétique moyen de fibres fines. Le module dαélasticité est affecté négativement par le pourcentage de petites particules (< taille 0,017 mm2) dans la pâte, et également lié au pH du bois et à dαautres caractéristiques du bois et de la fibre qui nαont pas été mesurées et analysées. La cohésion interne dépend négativement du pourcentage arithmétique moyen de fibres fines, mais est amélioré par un contenu croissant de petites particules (< taille 0,017 mm2). Le pH de la fibre a eu un effet négatif sur le test de tension perpendiculaire. Les résultats indiquent également que la cohésion interne est liée à dαautres caractéristiques inconnues du bois et des fibres qui nαont pas été incluses dans lαanalyse. Lαexpansion linéaire du panneau sαest avérée être négativement liée à la densité du bois, et reliée à dαautres caractéristiques du bois et de la fibre qui nαont pas été mesurées. Le gonflement en épaisseur a été négativement affecté par la longueur arithmétique moyenne des fibres. La largeur arithmétique moyenne des fibres a un effet négatif sur lαabsorption dαeau des panneaux. Les valeurs des MOR, MOE et IB sont liées au contenu de fibres fines indiquant un rôle significatif du processus de raffinage

Les objectifs de cette étude ont été 1) d’améliorer la stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité moyenne (MDF) par trois traitements physico-chimiques: a) l’estérification, b) l’addition de polypropylène maléaté et c) le traitement à haute température; 2) de déterminer l’effet de ces traitements sur les propriétés mécaniques, les profils de masse volumique et les propriétés de mouillage des panneaux et 3) de déterminer les modifications chimiques suite aux traitements. Des panneaux MDF ont été produits à partir de fibres estérifiées à 5 % d’anhydride maléique. Le traitement a réduit le gonflement en épaisseur et l’absorption d’eau après 2 heures d’immersion dans l’eau. Toutefois, le traitement n’a pas amélioré les propriétés physiques dans les autres conditions. L’angle de contact en retrait a augmenté et l’absorption d’eau par capillarité a diminué suite au traitement. Des panneaux MDF ont été produits avec deux types d’adhésifs (urée-formaldéhyde et mélamine-urée-formaldéhyde) et trois concentrations de polypropylène maléaté (0, 3 et 5 %). Les photomicrographies ont montré la formation d’agglomérats de polypropylène maléaté à l’intérieur des panneaux. Le traitement a réduit le gonflement en épaisseur et l’absorption d’eau après immersion dans l’eau. La dilatation et la contraction linéaire ont augmenté. Le gonflement et le retrait en épaisseur en conditions d’adsorption et de désorption ont diminué. Le traitement a aussi amélioré les propriétés mécaniques ainsi qu’augmenté les angles de contact et diminué l’absorption d’eau par capillarité. La spectroscopie infrarouge n’a pas détecté de réactions chimiques entre les fibres et le polypropylène maléaté. Des panneaux MDF ont été produits à partir de fibres non traitées et de fibres traitées à la chaleur à 150 et 180oC pendant 15, 30 et 60 minutes. Le traitement a réduit le gonflement en épaisseur et l’absorption d’eau après immersion dans l’eau. Le gonflement en épaisseur après des cycles répétés d’humidité relative a augmenté alors que les autres propriétés mesurées dans les mêmes conditions n’ont pas changé. Les angles de contact ont augmenté et l’absorption d’eau par capillarité a diminué. La spectroscopie des photoélectrons a montré une légère réduction du ratio O/C et des changements du ratio C1/C2 pour les fibres traitées. / The objectives of this study were 1) to improve the dimensional stability of medium density fiberboards (MDF) by three physical or chemical treatments: a) esterification, b) maleated polypropylene wax and c) heat treatment; 2) to determine the effect of these treatments on the mechanical properties, vertical density profiles and wetting properties of the panels and 3) to determine the chemical modification following treatments. MDF panels were produced from fibers esterified with 5 % maleic anhydride. The esterification treatment showed a reduction in thickness swelling and water absorption after 2 hours water soaking independently of reaction time. However, the treatment did not improve the physical properties after 24 hours water soaking or after relative humidity repeated cycles. The receding contact angle increased while wicking decreased following esterification. MDF panels were produced from two resin types (urea-formaldehyde and melamine-urea-formaldehyde) and three maleated polypropylene contents (0, 3 and 5 %). Photomicrographs showed that maleated polypropylene forms agregates within the panels. The treatment showed an important reduction of thickness swelling and water absorption after water soaking. Linear expansion and contraction increased following treatment. Thickness swelling and shrinkage in adsorption and desorption conditions decreased following treatment. The treatment improved the mechanical properties. Advancing contact angles increased for panels treated and bonded with urea-formaldehyde. Receding contact angle increased with 5 % maleated polypropylene content while wicking decreased following the treatment independently of maleated polypropylene content. Infrared spectroscopy did not detect chemical reaction between the fibers and the maleated polypropylene. MDF panels were produced from untreated fibers and heat-treated fibers at 150 and 180oC for 15, 30 and 60 minutes. Heat treatment showed a reduction on thickness swelling and water absorption after water soaking. Thickness swelling increased after relative humidity repeated cycles. Linear expansion and contraction and springback were not improved by the treatment. The treatment showed no significant effect in the mechanical properties and vertical density profile of the panels. The advancing and receding contact angles increased while wicking decreased by the treatment. X-ray photoelectron spectroscopy showed slight decreases in O/C ratio and changes in C1/C2 ratio for heat-treated fibers.