Development of Douglas fir LVL products with optimized mechanical properties by exploiting online measurement of fiber orientation during rotary peeling process
Développement de produits LVL de douglas aux propriétés mécaniques optimisées par l’exploitation de la mesure en ligne de l’orientation des fibres lors du déroulage
Résumé
Abstract: The grading of wood veneers according to their true mechanical potential is an importantissue in the peeling industry. Unlike in the sawmilling industry, this activity does not currentlyestimate the local properties of production. The potential of the tracheid effect, which enables localfiber orientation measurement, has been widely documented for sawn products. A measuring instrumentexploiting this technology and implemented on a peeling line was developed, enabling usto obtain the fiber orientation locally which, together with global density, allowed us to model thelocal elastic properties of each veneer. A sorting method using this data was developed and is presentedhere. It was applied to 286 veneers from several logs of French Douglas fir, and was comparedto a widely used sorting method based on veneer appearance defects. The effectiveness ofboth grading approaches was quantified according to mechanical criteria. This study shows that thesorting method used (based on local fiber orientation and average density) allows for better theoricalquality discrimination according to the mechanical potential. This article is the first in a series,with the overall aim of enhancing the use of heterogeneous wood veneers in the manufacturing ofmaximized‐performance LVL by veneer grading and optimized positioning as well as material mechanicalproperty modelization.Abstract: This paper presents a new strategy in the use of wood of heterogeneous quality forcomposing LVL products. The idea is to consider veneers representative of the resource variabilityand retain local stiffness information to control panel manufacturing fully. The placement of veneersis also no longer random as in the first part of this group of papers but optimized for the quality ofveneers according to the requirement of bending stresses along the beam. In a four-point bending testarrangement, this means the high-quality veneer is concentrated in the center of the beam in the areabetween the loading points where the bending moments are the most important, and the low qualityis located at the extremities. This initiates the creation of variable stiffness beams. This is driven by analgorithm developed and tested on representative veneer samples from the resource. Four LVL panelswere manufactured by positioning the veneers in the same positions as in an analytical calculationmodel, which allowed the calculation of beam mechanical properties in four-point bending. Theproposed optimization of LVL manufacturing from variable quality veneers should help for moreefficient usage of forest resources. This optimization strategy showed notable gains for modeledand experimental mechanical properties, whether in terms of stiffness or strength. The analyticalcalculation of the local modulus of elasticity from modelized beams was satisfactory compared to thetests of the manufactured beams test results, allowing the reliability of the model for this property tobe confirmed.
La considération du bois comme matériau de construction est une thématique plus que d’actualité dans un contexte incontournable de publication du 6e rapport d’évaluation du GIEC [1]. Le bois est un matériau organique, dont le processus de captage du CO2 atmosphérique nécessaire à son accroissement lui permet un calcul de bilan carbone très à son avantage lors de son utilisation comparé autres matériaux usuels de construction type acier ou béton. Il est par ailleurs moins dense, amenant à des résistances spécifiques plus importantes que les 2 matériaux, et réduisant ainsi l’énergie consommée lors de son transport. Par ailleurs, son extraction de son milieu naturel (sa récolte) et sa transformation, lorsqu’il est local, sont aussi plus simples et moins énergivores que pour ces deux matériaux.Si la construction bois continue de progresser lentement en terme de part de marché, la question de son approvisionnement doit continuellement se poser. La part de bois français utilisée est de l’ordre de 50 à 60 % selon l’Enquête nationale de la construction bois en 2018 [2]. L’évolution de la demande des clients ayant la volonté de privilégier cette provenance est par ailleurs encourageante. Limiter la quantité d’énergie grise produite par un raccourcissement du circuit d’approvisionnement du matériau bois constitue un enjeu économique et environnemental. La valorisation du bois local dans le secteur de la construction s’inscrit donc dans cette dynamique par une diminution des distances de transport de la matière première mais aussi dans un cycle vertueux de maintien de l’activité dans des zones souvent rurales.Le douglas est une essence bien présente sur le territoire français, favorisée par 2 grandes vagues de reboisement. La seconde, initiée à partir des années 1970 a fait naître un très grand volume sur pieds devenu mature, ayant atteint des diamètres leur valant la dénomination « gros bois » voir « très gros bois ». Le douglas possède de bonnes propriétés mécaniques et un duramen naturellement durable (Classe 3), ce qui lui permet d’être assez couramment utilisé dans la construction en France par des éléments structurels massifs sans traitement additionnel typiquement pour les éléments de charpente. Cependant, la croissance bien avancée des gros bois s’accompagne d’inconvénients morphologiques rendant leur transformation dans les scieries délicate et amoindri ainsi leur rentabilité. Le déroulage du douglas, essence parmi les plus anciennement transformée par ce procédé aux Etats-Unis, semblent un bon moyen de valoriser ces bois. Pourtant, il n’existe à ce jour aucun site de déroulage de douglas en France ou en Europe. Les raisons ne sont pas technologiques liées à une différence de propriétés supposées du douglas d’un côté ou de l’autre de l’Atlantique mais plutôt historique et économique. D’après, les travaux menées par Rémy Frayssinhes [3] au LaBoMaP, les paramètres recommandées pour dérouler le douglas Français (géométrie des outils, température d’étuvage, paramètres de coupe) sont comparables à ceux couramment utilisés par les dérouleurs nord-américains pour peu que leurs sylvicultures ait été comparables. Cette thèse s’inscrit en aval des questions scientifiques liées à la transformation et se focalise sur l’emploi des placages issus de gros bois de douglas dans un matériau composite lamellaire : le LVL (Laminated Veneer Lumber) ou lamibois en français.
Origine : Version validée par le jury (STAR)