Using a poly-chromatic X-ray beam by moisture content and microfibril angle determination: theoretical and experimental approaches.
Exploitation d'un rayonnement X poly-energétique pour la détermination de la teneur en eau et de l'angle de microfibrilles du bois: approche théorique et expérimentale
Résumé
Moisture content and microfibril angle measure is an important stake for the sciences of the wood because these two parameters influence strongly the macroscopic behavior of the wood. For example, the shrinkage, the mechanical properties, the thermal and acoustic conductivity are dependent on the moisture content and their anisotropic character is largely governed by the microfibril angle. We used the light difference between the X-ray coefficient of attenuation for the water and for the wood in transmission. Unfortunately, the results show that this difference between the coefficients of attenuation is insufficient to allow the precise measure of the moisture content. In spite of this, the coherent scattering shows sensitive effects. So, by using a poly-chromatic beam and a spectrometric system, we were able to discriminate between the crystalline constituent (cellulose of the wood) of the amorphous constituent (water) in a sample of the wet wood, because for a given angle these phases scatter in different energies. Besides, the device created allowed us to study the crystalline phase of the wood. We were able to confront experimental profiles of diffraction with theoretical profiles of diffraction obtained by means of a rigorous simulation, in the objective to estimate the average microfibril angle and its standard deviation.
Mesurer la teneur en eau et l'angle des microfibrilles est un enjeu important pour les sciences du bois car ces deux paramètres influencent fortement le comportement macroscopique du bois. Par exemple, le retrait, les propriétés mécaniques, la conductivité thermique et acoustique sont dépendants de la teneur en eau et leur caractère anisotrope est en grande partie régi par l'angle des microfibrilles. L'objectif cette thèse est l'utilisation d'un rayonnement X avec un spectre poly-énergétique, pour mesurer sans contact la teneur en eau et l'angle de microfibrilles du bois.Nous avons exploité la légère différence entre le coefficient d'atténuation des rayons X pour l'eau et pour le bois dans des essais de transmission. Malheureusement, les résultats montrent que cette différence entre les coefficients d'atténuation est insuffisante pour permettre la mesure précise de la teneur en eau. En revanche, malgré la proximité de ces coefficients d'atténuation, des essais de diffusion cohérente du rayonnement montrent des effets sensibles. Ainsi, en utilisant un faisceau X poly-énergétique et un système de mesure spectrométrique du rayonnement transmis et diffusé, nous avons pu discriminer le composant cristallin (cellulose du bois) du composant amorphe (eau) dans un échantillon du bois humide car pour un angle donné ces phases diffractent à des énergies différentes. Par ailleurs, le dispositif créé spécialement nous a permis d'étudier la phase cristalline du bois. Nous avons pu confronter des profils de diffraction expérimentaux avec des profils de diffraction théoriques, obtenus au moyen d'une simulation rigoureuse, dans l'objectif d'estimer l'angle moyen de microfibrilles et son écart type.
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