Le soudage du bois par rotation d’un tourillon à grande vitesse sans utilisation de colle conduit à des assemblages en bois présentant une résistance très importante. Un assemblage bois massif est un procédé permettant d’assurer le maintien de deux pièces de bois tout en répondant aux exigences du consommateur (esthétisme, résistance mécanique, durée de vie) et à la « politique » des industries du bois. Ce travail s’inscrit dans le cadre du soudage structural du bois massif par friction mécanique pour son utilisation en menuiserie, ébénisterie ou structure. Nous allons montrer la faisabilité de la conception des assemblages par soudage, obtenu par friction rotative à l’aide d’une perceuse à colonne classique et d’une machine de soudage automatisée, qui permet d’envisager des applications pour l’industrie de l’ameublement.Ce procédé, qui n’est étudié que depuis peu de temps (2001), a été découvert lors d’une étude d’apport de polymères dans l’adhésion du bois massif. Il peut s’effectuer soit par frictions alternatives linéaires soit par rotation d’une pièce cylindrique appelée tourillon dans un perçage de diamètre inférieur. Dans les deux cas, la hausse de température engendrée par les frottements provoque la fusion puis le mélange de la matière ligneuse, ce qui aboutit au soudage des deux pièces sans aucun apport de matière mais uniquement par enchevêtrement des fibres. L’objectif de ce travail concerne les assemblages parallèles et perpendiculaires à la fibre, le plus utilisé dans la conception de l’ameublement, à travers trois types d’assemblage : le biseau, le mi-bois et le tenon-mortaise. Concernant les assemblages parallèles à la fibre, on effectuera la comparaison entre ceux soudés, cloués et collés. Dans le cas des assemblages perpendiculaires de type T, la comparaison sera seulement effectuée entre les performances du soudage et celles du collage. Pour les assemblages perpendiculaires de type L, l’étude a été menée selon la procédure CTBA L-161 (2000) de la Norme française NF P 20-501. Enfin, pour la partie sur les panneaux, nous allons montrer les performances des assemblages lamellés-soudés sans colle / Wood welding with dowel high speed rotation without any adhesives in wood furniture joints has a very important resistance. A wood joint is a method which makes it possible to maintain together two parts according to the consumer’s requirements (esthetic, mechanic resistance, life cycle) and the wood industry politic. This work is framed in the structural solid wood welding by mechanic friction to use in joineries, cabinet makings or constructions. We will show the feasibility of the welding joint design obtained with rotary friction using a traditional drill press and an automatic welding machine, which allows us to find furnishing’s industry applications.This process, which has been studied only for some years (2001), has been discovered in a polymer contribution study in the adhesion of solid wood. It can be carried out by linear alternative frictions or by rotation of a cylindrical part (called dowel) in a drilling of smaller diameter. In both case, the rise of temperature generated by frictions produces the fusion and the mixture of the lignocellulosic matter, which makes it possible for the two pieces to be welded without any matter contribution but only with the fibers’ tangle.The objective of this work is the parallel and perpendicular fibers joints, the most used in the furnishing design, through three kinds of assembly: bevel, half-lap and the groove and tongue joint. About the parallel fibers joints, we made the comparison between the ones welded, the ones nailed and the last ones gluing. For the type T perpendicular joints, comparison has only been made between the welding and those of gluing ones. For the type L perpendicular welding, the study was carried out according to the procedure CTBA L-161 (2000) of French Standard NF P 20-501. Finally, about the panels, we showed the laminated-welded without adhesive joints performance

Lors de cette étude, j'ai effectué des recherches sur trois sortes d'assemblages du bois : les colles naturelles, les colles synthétiques et le soudage sans colles, ceci dans le but d'améliorer les performances de fabrication des panneaux de particules, des panneaux contreplaqués, des lamellés-collés et des composites. Dans ce travail, le contenu d'étude inclut les éléments suivants : 1) L'assemblage des panneaux semi-extérieurs ou extérieurs par les colles naturelles : Trois types différents de tannins (les tannins hydrolysables de châtaigniers, les tannins condensations de pin radiata et les tannins condensations de mimosa) sont étudiés. 2) L'assemblage des panneaux extérieurs par les colles synthétiques : Différents types d'additifs (le nanoargile, des précurseurs oligomériques de poly (amine-ester) et glutaraldéhyde) pour améliorer leurs performances. La résine MUF (Mélamine-Urée-Formaldéhyde) est obtenue sous forme de poudre par séchage d'atomisation ainsi sa durée de vie est potentiellement infinie.3) L'assemblage des panneaux extérieurs par soudage sans colles : Deux matériaux (l'huile et la lignine acétylée) pour améliorer les résistances à l'eau. Toutes les propriétés physico-chimiques et mécaniques ont été étudiées en mettant en oeuvre des techniques d'analyse et d'évaluation telles que la thermomécanique TMA, la cristallographie aux rayons X (XRD), la résonance magnétique nucléaire 13C RMN, la spectrométrie de masse MALDI-TOF, et la fabrication des panneaux en laboratoire. Finalement, nous avons amélioré les caractéristiques des panneaux avec les colles ou sans colles et spécifiquement la résistance à l'eau pour une utilisation extérieure / In this studied, wood based composites were assembled with the natural adhesive (tannin adhesive), the synthesis adhesive (MUF) and the welding wood without adhesive. These wood composites include particleboard, plywood and glulam. We focus on these works as follows: 1) Three different types of tannins (chestnut hydrolysable tannins, pine condensation tannins and mimosa condensation tannins) as thermosetting or cold-setting adhesive were studied to assemble particleboard, plywood and glulam for application to semi-exterior or exterior. 2) The characteristics of MUF resins for particleboard applications have been improved through a number of additives (nanoclay, hyperbranched polymer and glutaraldehyde), the powder adhesive of MUF was obtained by spray-drying technologies, and it could be prolonger the shelf-life of MUF adhesive. It also can be application to exterior after enhancing. 3) The blockboard for application exterior was assembling by welded dowels, two differents materials (sun flower oil and acetylated lignin) were used to improve the water resistance. These physical, chemical and mechanical properties of these assemblages was investigated by implementing some techniques such as thermomechanical analysis (TMA), X-ray diffraction (XRD), nuclear magnetic resonance (13C NMR), matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectroscometry (MALDI-TOF), and by manufacturing wood composites. Finally, the performances of these wood composites were apparent improved whether with the tannin adhesive, the MUF adhesive or the welding wood without adhesive, especially improved the water resistance of wood composites for exterior applications

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.

Ökad användning av byggtekniken massivträ kan ge ett positivt bidrag till hållbart byggande. Utvecklingen inom datornavigerad bearbetning ger massivträ möjligheten att rationalisera byggproduktionen inom trä. Tekniken ligger rätt i tiden och kommer att värderas allt högre då den tillvaratar materialets karaktäristiska egenskaper. Utvecklingen av massivträ har resulterat i teknikvarianter av hur virke kan sammanfogas till solida element. Ett behov har funnits av en marknadsjämförelse mellan befintliga principer där studien förtydligar grundläggande skillnader för intresserade byggaktörer. Problemfrågan för denna studie har varit: vilka principer för sammanfogning av trä till plattelement inom massivträ är mest fördelaktiga? Detta sett utifrån faktorerna produktionskostnad, hållfasthet och ekologiska övervägningar. För att förtydliga den undersökta byggmetodens nytta i ett vidare perspektiv har det presenterats en allmän beskrivning av massivträ. Studien är jämförande och grundar sig på en litteraturstudie samt företagskontakter med 27 företag i 6 länder. Följande tekniker för tillverkning av plattelement i massivträ har behandlats i rapporten:  Limning  Spikning  Klamring  Skruvning  Tvärspänning  Dymling: vertikal-, horisontal- och diagonalgående samt med skruvar i trä  Laskning  Träsvetsning Studien visar att teknikerna inom massivträ skiljer sig åt. Högst bedömning får korslimmat trä (CLT) när det gäller kostnad och hållfasthet. Med hänsyn till ekologin värderas laskat trä högst. Vid en sammanvägning av hållfasthet och ekologi är den skruvformade trädymlingen fördelaktigast. Dessa alternativ ger valfrihet i synlig yta samt ett effektivt resursutnyttjande av lågvärdigare virkeskvalitéer och lämpar sig inom bostadsbyggnation. CLT är mest kostnadseffektivt, inte patentskyddat samt det mest etablerade alternativet på marknaden dock är utvecklingen av ett sunt lim fortfarande under arbete. I pågående forskning finns ett annat alternativ där tekniken träsvetsning visat ge en starkare fog än lim. Ur ekologisk synpunkt är plattelement genomgående i trä är att föredra, då det ger en sund konstruktion i full skala, eftersom inga kemikalier eller lagerresurser används. Forskning har visat att massivträ har en positiv och hälsofrämjande effekt på de boende i motsats till effekterna av icke naturliga material. / The increasing use of solid wood construction methods can have a positive impact on the sustainability of constructions. The development of computer-controlled processing techniques enables the solid wood timber industry to rationalize the construction of buildings. The solid wood techniques come at time and will be higher valued in the future due to the natural characteristics of this material. The improvement of solid wood methods has resulted in various techniques to join wood into solid prefabricated parts. There is a need for a comparative market study of the different principles of solid wood construction to widen the knowledge and to explain interested builders the viability of these techniques. The key question for this study is: Which techniques of combining solid wood elements to whole boards are the most favorable ones concerning wood construction buildings – leaving apart questions of production costs, durability and ecological considerations? To point out the utility of these construction techniques and give them a broader understanding a general study of solid wood construction has been presented. The comparative study is based as well on studies of literature as on reviews of 27 companies in 6 countries. The following techniques for the production of boards made of solid timber elements are considered in this report:  Laminating  Nailing  Stapling  Screwing  Stress laminating  Doweling: vertically, horizontally, diagonally and with wooden screws  Dovetailing techniques  Wood welding techniques The study shows that the techniques of solid wood construction are very different in itself. CLT of cross-laminated timber scores highest in terms of cost and durability, but if one considers ecological factors, dovetailing is best. Taking into account both durability and ecological considerations, doweling is best. These alternatives give some freedom of choice regarding the visibility of surfaces and the efficient use of lower qualities of timber and they are therefore suitable for residential construction buildings. CLT is the most cost-effective, not patented and well established option in the market; the development of more health-friendly adhesives is still going on. Current researches demonstrate an alternative: Wood welding joins the parts better together than gluing them. Considered from the ecological viewpoint, boards made exclusively of wood, are preferable since no chemicals or not renewable resources are used. Recent researches show, that solid wood constructions have positive effects on the health of the residents of these buildings in comparison of buildings using non-natural materials. / <p>ORCID-id: 0000-0001-7091-6696</p>