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bois

(francique *bosk, buisson)

Coupe d'un tronc d'arbre
Coupe d'un tronc d'arbre

Matière dure qui constitue le tronc, les branches et les racines des grands végétaux, formée par des vaisseaux conduisant la sève brute, les fibres et le parenchyme.

BOTANIQUE

Les vaisseaux du bois, conducteurs de la sève brute, sont des cellules mortes, cerclées de lignine, formant une file continue de tubes chez les dicotylédones, tandis que les trachéides des gymnospermes, de fonctions semblables, forment une file discontinue. Les fibres ligneuses sont des cellules de soutien, allongées parallèlement aux vaisseaux. Les cellules du parenchyme ligneux sont vivantes, non lignifiées, et assurent la régulation fine du transport de la sève.

Le bois primaire, associé dans la tige et les rameaux avec le liber (faisceaux libéroligneux), alterne avec celui-ci dans les racines. Le bois secondaire reste fonctionnel pendant quelques années (aubier) puis ne conserve que des fonctions de soutien et prend une teinte sombre (cœur). L'industrie recherche surtout le bois de cœur, plus dur et plus imputrescible que l'aubier.

Chimiquement, le bois est une association de lignine, de cellulose, d'hémicelluloses et de substances très variées selon l'espèce : tanins, résines, terpènes, baumes, etc. Leurs qualités : couleur, densité, dureté, finesse de grain, conservation dans l'eau, qualités mécaniques, retrait à la dessiccation, etc., qualifient les bois des divers arbres pour des applications industrielles différentes.

ÉNERGIE

Histoire

Jusqu’en 1800 environ, les besoins énergétiques des sociétés ont été assurés quasiment totalement par les énergies renouvelables, essentiellement le bois et l'eau. En particulier, dans la France rurale d'autrefois, le rôle du bois était essentiel pour le chauffage des ménages (les habitants d'une commune bénéficiaient d'une partie de la récolte forestière selon le droit d'affouage), dans les activités artisanales, comme la boulangerie, mais aussi dans les « grosses » industries, comme les forges ou les verreries. Ces dernières étaient installées dans les massifs forestiers ou à leur proximité immédiate. La révolution industrielle, en délaissant le charbon de bois au profit du charbon de terre (la houille) comme source d'énergie, a sauvé de justesse les forêts d'Europe, notamment au Royaume-Uni, d'une surexploitation fatale. Avec l'urbanisation et l'apparition des nouvelles formes d'énergie fossile, charbon puis surtout pétrole, l'utilisation du bois a connu une régression régulière. Cependant les chocs pétroliers (1973 et 1979) et surtout le nouveau contexte énergétique et climatique du début du xxie s. ont entraîné un renouvellement complet de l'utilisation du bois en tant qu'énergie. Le bois est une énergie durable, sous réserve que les prélèvements soient inférieurs à l’accroissement forestier. C’est le cas en Europe, où les forêts grandissent chaque année depuis un siècle. Brûler du bois n’émet pas de gaz à effet de serre : le CO2 émis lors de la combustion est absorbé par les végétaux en croissance, s’intégrant au cycle naturel du carbone.

Utilisations actuelles du bois énergie

Si, actuellement, dans les pays du Nord, le bois compte pour moins de 1 % de l'énergie consommée, il représente en Asie (hors Japon), 30 % de celle-ci, en Amérique latine 20 % et environ 70 % en Afrique. Pour ce dernier continent les situations sont variées mais la part du bois peut aller jusqu'à 90 % de l'énergie consommée en milieu rural dans certains pays. Sous ses deux formes, bois et charbon de bois, le développement de l'urbanisation en a fait des produits marchands. On estime que la moitié des ménages dans le monde cuisine tous les jours au bois. L'Inde vient au premier rang avec une production de 307 millions de m3, 16 % du total mondial. Elle est suivie par la Chine et le Brésil, qui représentent respectivement 10,5 % et 7,4 % de la production. La France est le premier pays consommateur de bois énergie en Europe et le sixième en termes de consommation par habitant. Le bois énergie représente environ 5 % de la consommation nationale d'énergie primaire.

L'usage massif du bois de feu dans les zones tropicales de savane et de forêt claire a des effets néfastes sur plusieurs plans. La ressource en bois est en voie d'épuisement ; elle est de plus en plus éloignée des lieux d'habitation, ce qui nécessite des temps de collecte de plus en plus longs, au détriment des autres activités. L'utilisation massive du bois pour la cuisine est par ailleurs nocive pour la santé. Les fumées provoquent des pathologies respiratoires et oculaires et entraînent, selon les données de l'OMS, environ 1 million de décès par an en Asie.

Les améliorations actuelles se font à partir d'une meilleure utilisation de la ressource, par l'installation de foyers de cuisson plus performants, grâce aux politiques volontaristes des États qui font des reboisements destinés à la production de bois de feu et par le recours à des énergies nouvelles, le solaire notamment puisque nombre des pays concernés se trouvent dans les basses latitudes.

Le charbon de bois

Ce résidu de la carbonisation du bois est du carbone presque pur obtenu à plus de 400 °C. Dur, il s'enflamme et brûle facilement. Bon combustible domestique, il est moins cher que le bois, et s'utilise aussi comme réducteur en métallurgie. De plus, sa fabrication donne des gaz récupérables et des produits pyroligneux. Des gazogènes à flux ascendant, inverse et à lit fluidisé utilisent du charbon de bois pour produire de l'énergie.

La distillation des bois s'effectue en chauffant des rondins de bois dans des cornues, horizontales ou verticales, ou dans des fours fonctionnant en continu. Elle fournit, outre le charbon de bois, des goudrons, une solution pyroligneuse (acide acétique impur) et du méthylène (alcool méthylique impur), des gaz résiduels, rejetés ou brûlés. Les bois résineux donnent, au début de l'opération, l'essence de pin, employée comme succédané de l'essence de térébenthine.

TECHNIQUE

Introduction

Matériau naturel traditionnel, le bois illustre bien la richesse et la complexité du monde végétal. Si la production ligneuse est, en effet, une ressource renouvelable, elle est aussi très hétérogène et dépend des individus, des espèces et de leur milieu. D'une part, le bois possède une excellente rigidité, une bonne résistance aux agents chimiques, de bonnes qualités d'isolant thermique et une capacité d'absorber les efforts brusques. Mais, d'autre part, il est anisotrope (ses propriétés diffèrent d'une direction à l'autre), ses dimensions sont limitées et ses aptitudes à la mise en forme, médiocres. C'est pour s'affranchir de ces limites du bois massif qu'ont été développées les techniques de reconstitution. Le bois conserve aussi les traces de sa vie antérieure : gel, sécheresse, pollution. Hygroscopique, il est d'autant plus sensible à l'action des champignons parasites, comme la mérule, que sa teneur en humidité est élevée. Par ailleurs, les insectes éventuellement présents dans le bois abattu (capricornes, vrillettes) continuent leurs méfaits après la mise en œuvre du matériau sec. Et les termites ne cessent de repousser la frontière septentrionale de leur zone d'action. Il est donc d'une importance capitale de traiter les bois pour leur conservation et de les mettre en œuvre selon les règles de l'art.

L'usage affecté à une pièce de bois dépend de sa position dans l'arbre et de l'essence de celui-ci (arbres tropicaux, feuillus, résineux). Traditionnellement, la distinction s'établit entre bois d'industrie, simple matière première cellulosique pour la trituration (panneaux de particules et papier), et bois d'œuvre, de diamètre supérieur à 25 cm, qui peuvent être sciés, tranchés ou déroulés pour des utilisations qui valorisent leurs propriétés physiques et leurs qualités esthétiques. Par ailleurs, des volumes importants de bois provenant des affouages continuent à être absorbés pour les besoins du chauffage, cependant que les granulés de sciure représentent une forme élaborée de combustibles.

La filière bois est une succession de fonctions et d'opérations : production en forêt, première transformation en sciages et placages, suivie d'une seconde transformation en éléments d'ameublement ou de construction.

La science du sciage

L'exploitation forestière fournit un matériau cylindrique, mais les utilisateurs ont besoin de parallélépipèdes. Aussi les billes sont-elles diversement débitées selon leurs débouchés, liés eux-mêmes aux caractéristiques du bois. Par « billes », on entend les rondins obtenus après écorçage et tronçonnage des grumes, troncs ébranchés et écimés. Ces dernières sont entreposées à l'extérieur de la scierie sur le parc à grumes, aire de stockage et de triage aux dimensions importantes à cause de l'irrégularité des approvisionnements, équipée de palans, grues, ponts roulants et portiques pour la manipulation des pièces, dont certaines peuvent dépasser la tonne.

Le sciage, effectué parallèlement au fil du bois (direction générale des fibres dans le sens longitudinal), est une opération délicate, car les billes n'ont pas de dimensions régulières et elles peuvent être le siège de tensions internes, susceptibles de provoquer éclatements et déformations. Les nœuds formés par les branches constituent d'autres problèmes ; certes fort esthétiques, ils n'en sont pas moins des défauts, car ils introduisent des discontinuités mécaniques et physiques. Toutes ces difficultés expliquent le rôle primordial du responsable de la scie de tête. Celle-ci débite les grumes selon le programme choisi : en quartiers, en plateaux ou en madriers. La scie de tête est souvent une scie à ruban, alors que les scies de reprise sont des scies alternatives à lames multiples, placées dans un châssis. Soigneusement préparées dans l'atelier d'affûtage, toutes les scies ont un profil étudié pour un rendement optimal. Dans les scieries modernes, informatisées, où les manutentions sont automatisées, la séquence des débits est régulée par des automates programmables.

Traditionnellement, les sciages sont séchés à l'air, empilés sur le parc à sciages, moyennant un certain nombre de protections. Mais cette méthode, trop lente, cède le pas au séchage artificiel, capable d'abaisser le degré d'humidité de façon contrôlée jusqu'au niveau requis. Selon leur durabilité naturelle et l'usage auquel ils sont destinés, les bois subissent un traitement antiseptique, hydrofuge, fongicide et insecticide, par injection en autoclave sous pression, par aspersion sous tunnel ou par trempage de produits de préservation hydrosolubles ou dissous dans des solvants organiques. L'inflammabilité du bois peut aussi être réduite de façon que, se consumant lentement, il offre une résistance au feu supérieure à celle des métaux, plus prompts à s'échauffer et à se déformer.

Dans le commerce des bois, la planche est un débit de scierie avivé dont la largeur est au moins quadruple de l'épaisseur (comprise entre 22 et 55 mm). Pour les petites largeurs (de 120 à 140 mm), on dit planchette ou frise. La volige est une planche de résineux ou de feuillu tendre (peuplier). La planche la plus courante est celle de 25 mm (bois sec à 20 %).

Du rabot au laser

La transformation du bois brut de premier sciage en produits manufacturés fait intervenir toute une série d'opérations mécaniques mettant en œuvre des outils tranchants. Chacun de ceux-ci est caractérisé par sa forme (qui détermine l'angle de coupe), sa trajectoire, son mouvement propre et son déplacement par rapport à la matière. Dans l'atelier de menuiserie-ébénisterie, les scies à ruban restent toujours l'outil de base polyvalent. Mais les scies circulaires, qui sont plus précises, servent aussi à débiter de petits diamètres, tandis que les pièces sont affinées à la largeur voulue au moyen des déligneuses. Les plus récentes parmi les nombreuses machines à bois de l'atelier associent plusieurs fonctions : le dégauchissage consiste à dresser la face d'une pièce de bois qui servira de plan de référence pour les usinages ultérieurs ; par rabotage est réalisée à distance précise une surface parallèle au plan de référence. Ces deux opérations peuvent être rassemblées en une seule – le corroyage – effectuée automatiquement sur une corroyeuse. Le ponçage donne un lissé de surface, le toupillage consiste à travailler des pièces pour y réaliser des moulures, des rainures ou les mettre à la cote (calibrage) ; le défonçage est l'opération qui consiste à pratiquer des découpages variés à l'intérieur d'une pièce ; le perçage est une étape nécessaire à la réalisation d'assemblages (tourillons) et à la pose de quincailleries diverses dans le bois ou sur des panneaux. Par mortaisage, on réalise un logement à l'intérieur duquel viendra se placer avec précision une pièce obtenue par tenonnage. Tenons et mortaises constituent un système éprouvé d'assemblage. Quant aux découpes non rectilignes, elles peuvent être obtenues à l'aide de techniques, sophistiquées et très précises d'usinage au rayon laser ou au jet d'eau sous très haute pression.

Avant mise en œuvre, les bois sont généralement protégés par une finition : vernis, lasure ou peinture. Certaines chaînes modernes de vernissage font appel à des tunnels à infrarouge ou à des accélérateurs à électrons.

Fortifier en reconstituant

Aboutage, panneautage et lamellation sont autant de techniques pour valoriser les débits de qualité secondaire ou de dimensions réduites. Elles ont été mises au point pour fabriquer des pièces homogènes de toutes longueurs et de toutes sections.

L'aboutage consiste à coller bout à bout selon une ligne brisée des sciages préalablement usinés. Ce type d'assemblage a l'avantage d'éliminer les parties défectueuses d'un élément linéaire. Le panneautage est le collage d'éléments juxtaposés. Par lamellation, les éléments plans sont au contraire superposés et collés. Ces trois opérations sont associées pour la fabrication du lamellé-collé. Ses caractéristiques mécaniques sont nettement supérieures à celles du bois brut. C'est pourquoi il convient particulièrement à la réalisation de poutres, de portiques et d'arcs. Plus finement lamellé, le lamibois est fabriqué selon les mêmes principes, mais à partir de bois déroulés.

Pour la réalisation de ces produits, l'industrie du bois a bénéficié des progrès de l'industrie chimique, qui a développé un certain nombre de colles pour des usages spécifiques, à base d'élastomères thermoplastiques, thermofusibles ou thermodurcissables. Certaines compositions sont appliquées sous champ de haute ou de très haute fréquence. Le contreplaqué, qui a été très employé à l'âge héroïque de la construction aéronautique, est formé par superposition et collage à chaud d'un nombre impair de placages à fils croisés. À épaisseur égale, ce matériau léger résiste mieux à la charge que le bois brut. Beaucoup plus ancienne est l'idée de recouvrir un matériau d'essence commune par une couche mince de bois précieux. Ainsi ont été réalisés les placages, dont la technique a été ensuite transférée aux panneaux.

Les panneaux de particules sont constitués de très petits morceaux d'un bois déchiqueté à sec, qui ont été ensuite mélangés à de la colle et pressés à chaud. Minces et durs, les panneaux de fibres sont formés à partir d'une pâte fibreuse agglomérée par voie humide. Quant aux panneaux OSB (Oriented Strand Board), ils sont composés de couches de très gros copeaux collés à la résine, chaque couche ayant son orientation propre. Leur résistance mécanique est proche de celle des contreplaqués. Plus récents, les panneaux MDF (Medium Density Fiber) sont très compacts et riches en résine. Ils sont fabriqués à partir de déchets de bois défibré à sec. Ils se travaillent comme le bois massif à texture fine. Contreplaqués, panneaux de particules, OSB et MDF ont en commun des caractéristiques d'isotropie supérieures à celle du bois brut : ils ont aussi l'avantage de dimensions latérales bien supérieures.

Dans l'industrie du bâtiment, un matériau d'un type différent s'est imposé, le fibragglo, formé de bois broyé avec du plâtre ou du ciment et mélangé à des liants hydrauliques. Des matériaux composites plus élaborés, associant bois, plastiques et résines sont apparus pour des usages spécifiques en ameublement et en décoration.

Un matériau universel

Le bois est le matériau de base de deux grands secteurs d'activité : l'ameublement et le travail mécanique du bois. Cette dernière appellation recouvre aussi bien les petites industries de la tournerie-tabletterie (pipes, pieds de table, jeux d'échecs, etc.) que les usines de trituration, qui fabriquent des produits bruts destinés à l'industrie du bâtiment.

Dans celle-ci, les trois essences principales ont leurs applications respectives : les bois tropicaux, plus durables, servent aux fenêtres ; les feuillus, plus résistants, aux parquets ; les résineux, plus agréables à l'œil, aux lambris. Pour les emplois dits travaillants (bois subissant des contraintes, charpentes, poutres, planchers porteurs), le choix est d'abord économique. Plutôt que des essences chères aux bonnes performances mécaniques, on utilise des bois légers, à croissance rapide, pin, épicéa ou sapin. Utilisés à des sections plus grandes, ils ont l'avantage supplémentaire de mieux accepter la colle et les produits de préservation. Un bois tendre comme le peuplier est de plus en plus utilisé dans le bâtiment, bien que son principal débouché reste l'emballage et la fabrication de contreplaqués.

En menuiserie industrielle, le bois est concurrencé par des matériaux plus faciles d'entretien, comme l'aluminium ou le PVC. La tendance est au développement de fenêtres mixtes dotées d'un parement extérieur en aluminium anodisé ou laqué, associant ainsi chaleur intérieure et protection contre les intempéries. Si beaucoup de bâtis sont encore assemblés bois sur bois, la fabrication des éléments doit son industrialisation rapide à l'invention du connecteur métallique, qui assemble automatiquement les fermes (bâtis triangulaires supportant le faîtage). Les emplois de structures en bois se développent avec l'apparition de maisons à ossature bois, aux murs porteurs formés de panneaux assemblés et ventilés, constitués de cadres en bois garnis d'isolants, à l'aspect traditionnel. Vendues en kit, des habitations de loisirs légères présentent quelque similitude avec les vrais chalets en rondins.