Le soudage par friction linéaire du bois permet de joindre deux pièces en bois en quelques secondes sans utiliser aucun adhésif. L’adhésion est essentiellement due à l’enchevêtrement des fibres de bois bloquées dans une matrice de matériel inter-cellulaire fondu et re-durcit. Mais le mécanisme de la formation de l’interface adhérente, l’influence des paramètres machine et de ceux du substrat sont peu connus. L’objectif de ce travail a donc été d’analyser les différents facteurs influençant les caractéristiques du joint pour comprendre les mécanismes physiques et chimiques mis en jeu lors du processus. La mesure de la température de soudage par thermographie infrarouge a apporté de multiples informations. D’autre part les pièces de bois soudées ont été caractérisées par des observations microscopiques, mécaniques, une étude du comportement à la rupture, des analyses chimiques de l’interface et des fumées. Les résultats ont permis d’élaborer un scénario physico-chimique du développement de la microstructure interfaciale et de le vérifier. Un premier modèle numérique thermique a été élaboré pour le soudage linéaire de Fagus sylvatica. La dernière partie de l’étude concerne la compréhension de l’influence du substrat. Ceci a permis d’aborder les problèmes de variabilité issus de l’essence de bois, de l’anatomie du bois ou encore de l’état de surface. Les bois modifiés et des produits dérivés du bois ont pu être soudés avec succès. Enfin les résultats de la recherche on pu être mis en application à une échelle pré-industrielle soulevant ainsi de nouvelles problématiques scientifiques et techniques mais aussi montrant un grand potentiel d’optimisation de la technologie. / Wood welding by linear friction allows bonding of timber in a few seconds without unsing any adhesive. The adhesion is essentially due to the wood fibres entanglements which are embedded in a melted and recured intercellular polymers matrix. But the bonding interphase formation mecanism and the machine parameters and wood substrate influences are not clearly understood. Consenquetly, the goal of this study was to analyse the different factors which are influencing the joint characteristics in order to understand the physical and mecanical process mecanism. Infrared temperature measurements brought several informations on the process. On the other hand the welded joints were caracterized by microscopy, mechanical testing, fracture mechanics, interphase and smokes chemical analysis. The results were used to developp and to verify a physical and chemical scenario describing, in successiv steps, the interphase microstructure formation. A first numerical thermal model for Fagus sylvatica was build allowing the thermal simulation of the process. The aim of the last part of the study is the understanding of the wood substrate influences on the process. The variablity problematics like those due to wood species, wood anatomy or surface quality were investigated. Modified wood and wood panels were successfully welded. The research results were applied in the frame of a preindustrial development. This has reveal new scientific and technical problematics but also a great optimization capacity of this technology.

Dans un assemblage précontraint, des efforts sont transmis entre les pièces par mobilisation du frottement suite à l'application d'une contrainte de compression normale. L'objectif de ce travail était de transposer ce principe de transmission des efforts au matériau bois. A partir de résultats existants, une étude expérimentale préliminaire a été menée sur des chaumes de bambou. L'intérêt de cette « graminée » par rapport au bois est sa résistance importante en compression transversale. Pour appliquer ce principe à des avivés de bois, il a été nécessaire de les densifier par compression localisée à froid au-delà de leur limite élastique. Une caractérisation de Picea abies en compression transversale au-delà de sa limite élastique a été réalisée. Cette analyse a abouti à une loi de comportement fonction de la densité de l'éprouvette. De plus, l'influence de la densification du bois sur sa résistance en traction longitudinale a été mesurée. Il s'avère que cette résistance est constante puis chute à partir d'un taux de densification critique fonction de la masse volumique du bois. La phase de mise en place de la précontrainte dans les assemblages bois et bambou testés a été modélisée par éléments finis. L'orthotropie des matériaux a été pris en compte par la superposition d'un modèle mousse (comportement non-linéaire transversal) et d'un modèle poutre (direction longitudinale) créant une structure dont la taille des éléments ne descend pas en dessous de celle des cernes. Ce modèle structural mésoscopique a permis de simuler les phases de densification, charge, décharge de l'assemblage et d'atteindre la limite à rupture, permettant d'aller jusqu'à une démarche d'optimisation. / In a pre-stressed fastener, forces are transmitted between two elements by friction which is made possible by the application of transversal compression forces. The aim of this work was to apply this principle to timber fasteners. Thanks to former results, a preliminary experimental study was done on stubbles of bamboo. This “grass” has a higher transversal compression resistance than wood. In order to transpose the principle of pre-stress from bamboo to timber, it was necessary to increase the compression resistance of timber. The idea proposed here is the densification of wood by localised cold compression beyond its elastic limit. Picea abies was characterized in transversal compression beyond its elastic limit. This analysis gave stress-strain curves which depend on the density of the wood. The influence of the densification on the resistance in longitudinal tension was also measured. This resistance is constant and then it decreases rapidly from a critical densification rate function of the density of the wood. The pre-stress of the tested timber and bamboo fasteners was modelled by a finite elements model. The anisotropy of the materials was taken into account by the superposition of a crushable foam model (non linear behaviour in transversal direction) and beams (longitudinal direction). This structural mesoscopic model allowed simulating the densification, the loading and unloading of the fasteners until their failure which lead to an optimization of the connectors.

L'assemblage des éléments de structures en bois de dimensions standard comme des poutres massives ou composites s'effectue très fréquemment avec des ancrages métalliques cloués. Ces éléments en tôle pliée formés à froid peuvent être mis sur le marché Européens lorsqu'un ATE est obtenu à partir des recommandations de l'ETAG 015. Le développement ainsi que la caractérisation de la résistance de ces ancrages s'effectue jusqu'à présent dans la société CULLEN Building Products par des essais longs et coûteux. En alternative à cette démarche, ce travail présente une démarche permettant de modéliser le comportement de ces assemblages par la méthode des éléments finis. En premier lieu une étude est conduite sur les types d'aciers utilisés et sur l'influence de la phase de formage sur la résistance de l'ancrage. Il est alors montré qu'il n'est pas nécessaire d'intégrer l'état d'écrouissage produit par le pliage et que la modélisation peut débuter à partir de la géométrie finale à l'aide d'éléments coques. En second lieu une modélisation simplifiée du comportement des pointes est proposée. Les paramètres nécessaires à sa mise en oeuvre sont identifiés. Le modèle est mis en oeuvre pour simuler le comportement d'un assemblage tôle sur bois à une seule pointe. Les résultats sont confrontés à des résultats expérimentaux. La modélisation de l'ancrage étant forcément tridimensionnelle, une modélisation non linéaire du bois 3D est proposée en idéalisant le bois comme une structure. Cette structure est composée de cube de mousse (crushable foam) associé à des poutres élasto plastique qui donne à cet édifice son caractère fortement orthotrope. Ce modèle structurale du bois est mis en oeuvre pour modéliser le cisaillement de barreaux de bois, de la compression transversale sur appuis de poutre, des essais d'enfoncement de broches et un assemblage traditionnel par embrèvement. Ces modélisations permettent de montrer les capacités du modèle à décrire les comportements et de définir ses limites. Dans une dernière partie, l'ancrage, les pointes et le bois sont rassemblés pour constitué trois modèles d'ancrages caractéristiques les plus complexes de la production CULLEN. Les résultats obtenus sont confrontés à des résultats expérimentaux conduits en laboratoire. Enfin les modélisations sont utilisés pour expliquer le comportement interne des ancrages au cours du chargement jusqu'à l'atteinte de la rupture / The assembly of various elements of timber structures of standard dimensions such as timber beams or composite beams is often achieved by nailed steel connectors. These folded steel elements obtained by cold forming can be launched on the European market once an ETA is delivered regarding the recommendations of the ETAG 015. Up to now, the development and the characterisation of the strength of these connectors have been done within the company: CULLEN Building Products by lengthy and costly experimental tests. As an alternative to this procedure, this work presents an approach which enables modelling the behaviour of these connections by the finite element method. In the first place the influence of the type of steel used and the forming process on the strength of these hangers was studied. It is shown that it is not necessary to take into account the hardening produced by the forming of the steel so that the modelling can be achieved from the final geometry by shell elements. Secondly a simplified model of the behaviour of the nails is proposed. The parameters necessary for its implementation are identified. The model is then used to simulate the behaviour of the connection of a steel plate to timber by a single nail. These results are then confronted with the experimental results. As the model is necessarily 3 dimensional, a 3D non linear model is proposed for the timber by considering it as a structure. This structure is composed of cubes of crushable foam which are associated with elasto-plastic beams to give this structure its highly orthotropic behaviour. This structural model of wood is implemented to model the shear of timber bars, transversal compression where beams are supported, embedment tests of steel dowels and a traditional bird's mouth assembly. These various models show the capacities of this structural model to describe timber's complex behaviours; they also define the limits of this modelling. In the last section, the hanger, the nails and the timber are assembled in order to constitute the models for three characteristic and complex hangers of CULLEN's production. The results obtained are confronted with the experimental results. Finally, the models are used to explain the internal behaviour of these hangers at various loads up to their failure