Fracture energy of wood and root burl wood of thuya (Tetraclinis articulata (Vahl) Masters)

International audienceThe fracture energy of wood and root burl wood of thuya, coming from the forest of Essaouira (Morocco), was measured using a single edge notched specimen bending (SENB) test method. The variations along the longitudinal and transverse directions were studied using specimens taken from one radial section of thuya wood and on radial section of thuya burl, originating from two different trees. Thuya burl was more resistant than thuya wood to crack propagation in RL system (in the tangential plane). This difference is explained by the presence of dark growths, composed of cells with thicker walls that make the burl wood usually denser than thuya wood. Thuya burl was more resistant to crack propagation in RL system (tangential plane) than in TL system (radial plane), which is consistent with the radial orientation of the dark growths. The observed decrease of fracture energy along the longitudinal direction was explained by the progressive reduction of dark growth concentration

Searching for material symmetries in the burr wood of thuja by a direct contact ultrasonic method on spherical samples

International audienceThis work is part of a program that aims at studying the burr wood of thuja (Tetraclinis articulata). The goal of this work is to identify material symmetries of burr wood to improve its machining. To have a sufficient number of data and to limit the variability between samples, an ultrasonic experimental device, in direct contact on spherical samples, has been developed and improved. Until now, the geometry used in direct contact ultrasonic methods was either cubic or polyhedral allowing to obtain, on the same sample, 3 (cube) to 13 (polyhedron) measurements or usable data. By choosing a reasonable angular gap, the spherical geometry allows the ultrasonic velocity to be measured in 133 different directions on the same specimen. We present here the adaptation and development of the ultrasonic experimental device and results obtained on (i) aluminum chosen as a reference material, (ii) beech wood and (iii) burr wood of thuja

Caractérisation physique du bois de la loupe de Thuya

International audienceCe travail constitue une contribution originale à l'étude de la densité et du retrait au séchage de la loupe de thuya provenant de la forêt de Khémisset (Maroc). La densité est souvent utilisée dans les étapes de prédiction des propriétés mécaniques du bois. Quant aux retraits linéaires, l'existence ou non d'une anisotropie entre les retraits radial, tangentiel et longitudinal préfigurent du comportement mécanique du bois. Les mesures de ces propriétés physiques sont réalisées sur 77 échantillons de 2×2×2cm3 découpés selon les directions radiale, tangentielle et longitudinale. L'analyse des résultats des mesures de densité permet de classer le bois de la loupe de thuya comme un bois dense. La densité de la loupe est plus élevée que celle du bois de thuya. Cette différence s'explique par la présence d'excroissances foncées composées de cellules aux parois plus épaisses que celles du bois de thuya. L'analyse des mesures de retraits montre une faible anisotropie de retraits, expliquée à l'échelle microscopique dans un plan de référence, par une orientation très variable des cellules. Ce résultat présuppose un comportement mécanique proche d'un comportement isotrope du bois de la loupe de thuya

Searching for material symmetries in the burr wood of thuja by a direct contact ultrasonic method on spherical samples

This work is part of a program that aims at studying the burr wood of thuja (Tetraclinis articulata). The goal of this work is to identify material symmetries of burr wood to improve its machining. To have a sufficient number of data and to limit the variability between samples, an ultrasonic experimental device, in direct contact on spherical samples, has been developed and improved. Until now, the geometry used in direct contact ultrasonic methods was either cubic or polyhedral allowing to obtain, on the same sample, 3 (cube) to 13 (polyhedron) measurements or usable data. By choosing a reasonable angular gap, the spherical geometry allows the ultrasonic velocity to be measured in 133 different directions on the same specimen. We present here the adaptation and development of the ultrasonic experimental device and results obtained on (i) aluminum chosen as a reference material, (ii) beech wood and (iii) burr wood of thuja

Mechanical characterization of the thuya burr wood (Tetraclinis Articulata (Vahl) Masters) in view of its valorization

La loupe de thuya joue un rôle économique et social important pour le secteur artisanal marocain. Ces dernières décennies, pour répondre à une forte demande, le bois de la loupe de thuya a été surexploité entraînant une dégradation importante des forêts de thuya marocaines. Une réponse possible à cette problématique, à court terme, consiste à limiter les déchets d'usinage. Cette voie d'investigation passe par la caractérisation du matériau et notamment l'identification de son réseau de symétries matérielles. L'objectif de ce travail est donc de caractériser le bois de la loupe de thuya (Tetraclinis articulata (vahl) Masters) dont le comportement mécanique n'a pas été étudié jusqu'à présent. Pour atteindre cet objectif, on passe tout d'abord par une caractérisation multi-échelle. A l'échelle globale, la caractérisation est réalisée en étudiant la structure interne d'une loupe entière par tomographie X, et plus particulièrement la distribution des excroissances foncées caractéristiques de la loupe. Cette étude macroscopique est complétée, à l'échelle microscopique, par une analyse comparative de coupes anatomiques de bois de thuya et de loupe. À l'échelle du matériau, le bois de la loupe est caractérisé en étudiant la dispersion de sa rigidité par une méthode ultrasonore par contact direct. L'étude plus approfondie du comportement mécanique a nécessité la mise au point d'une méthode ultrasonore par contact direct sur des échantillons sphériques afin d'identifier les symétries matérielles d'un matériau. Cette méthode, appliquée au bois de la loupe de thuya, montre que la loupe a un comportement isotrope transverse. Par conséquent, il ne présente pas les mêmes symétries naturelles que le bois présent dans le tronc du même arbre. Cette méthode ne permet pas d'obtenir la matrice de rigidité complète : dans le cas d'un matériau orthotrope, elle donne accès aux 3 termes diagonaux de la matrice et à 3 combinaisons linéaires des 6 autres termes. Pour identifier complètement la matrice de rigidité, nous proposons, en perspective, l'utilisation de la Spectroscopie Ultrasonore Résonante (RUS). Le couplage de la méthode ultrasonore par contact direct développée et de la méthode RUS permettra de déterminer les symétries matérielles et la matrice de rigidité sur le même échantillon. Enfin, des coupes obtenues par tomographie X peuvent être superposées aux graphes de rigidité pour analyser la relation entre la structure interne et le comportement élastique de la loupe de thuya.The wood of thuja burr plays an important economic and social role for the Moroccan artisanal sector. In last decades, as demand increased, thuja burr was overexploited resulting in an important degradation of Moroccan thuja forests. One possible solution, in the short term, consists in limiting waste machining. This approach requires the characterization of the material, especially of its materiel symmetries. This work aims thus at characterizing the wood of thuja burr (Tetraclinis articulata (Vahl) Masters), that was little studied up to now. First, a multi-scale characterization is proposed. At the global scale, the internal structure of an entire thuja is observed using X ray tomography, especially the distribution of dark growth elements typical of thuja burr. This macroscopic characterization is completed, at the microscopic scale, by a comparative analysis of anatomical microsections of thuja wood and thuja burr. At the material scale, the dispersion of the thuja burr stiffness is observed using a direct contact ultrasonic method. In order to progress further in the study of the mechanical anisotropy, a direct contact ultrasonic method for spherical samples is developed allowing to identify material symmetries. By applying this method to the thuja burr wood, a transverse isotropic behaviour is observed. Hence thuja burr wood does not exhibit the same natural symmetries as what is found in the trunk of the same tree. However, this method does not yield the complete stiffness matrix. In the case of an orthotropic material, it gives the access to 3 diagonal terms of the matrix and 3 linear combinations of the six other terms. The use of Resonance Ultrasound Spectroscopy (RUS) is proposed to identify the stiffness matrix completely: the coupling of the direct contact ultrasonic method developed and RUS method allows to determine the symmetries and stiffness matrix on the same sample. Finally, scanned images obtained by X-ray tomography can be superimposed on stiffness graphs to analyze the relationship between the internal structure and the elastic behavior of thuja burr

Caractérisation mécanique de la loupe de thuya (Tetraclinis Articulata (Vahl) Masters) en vue de sa valorisation

The wood of thuja burr plays an important economic and social role for the Moroccan artisanal sector. In last decades, as demand increased, thuja burr was overexploited resulting in an important degradation of Moroccan thuja forests. One possible solution, in the short term, consists in limiting waste machining. This approach requires the characterization of the material, especially of its materiel symmetries. This work aims thus at characterizing the wood of thuja burr (Tetraclinis articulata (Vahl) Masters), that was little studied up to now. First, a multi-scale characterization is proposed. At the global scale, the internal structure of an entire thuja is observed using X ray tomography, especially the distribution of dark growth elements typical of thuja burr. This macroscopic characterization is completed, at the microscopic scale, by a comparative analysis of anatomical microsections of thuja wood and thuja burr. At the material scale, the dispersion of the thuja burr stiffness is observed using a direct contact ultrasonic method. In order to progress further in the study of the mechanical anisotropy, a direct contact ultrasonic method for spherical samples is developed allowing to identify material symmetries. By applying this method to the thuja burr wood, a transverse isotropic behaviour is observed. Hence thuja burr wood does not exhibit the same natural symmetries as what is found in the trunk of the same tree. However, this method does not yield the complete stiffness matrix. In the case of an orthotropic material, it gives the access to 3 diagonal terms of the matrix and 3 linear combinations of the six other terms. The use of Resonance Ultrasound Spectroscopy (RUS) is proposed to identify the stiffness matrix completely: the coupling of the direct contact ultrasonic method developed and RUS method allows to determine the symmetries and stiffness matrix on the same sample. Finally, scanned images obtained by X-ray tomography can be superimposed on stiffness graphs to analyze the relationship between the internal structure and the elastic behavior of thuja burr.La loupe de thuya joue un rôle économique et social important pour le secteur artisanal marocain. Ces dernières décennies, pour répondre à une forte demande, le bois de la loupe de thuya a été surexploité entraînant une dégradation importante des forêts de thuya marocaines. Une réponse possible à cette problématique, à court terme, consiste à limiter les déchets d'usinage. Cette voie d'investigation passe par la caractérisation du matériau et notamment l'identification de son réseau de symétries matérielles. L'objectif de ce travail est donc de caractériser le bois de la loupe de thuya (Tetraclinis articulata (vahl) Masters) dont le comportement mécanique n'a pas été étudié jusqu'à présent. Pour atteindre cet objectif, on passe tout d'abord par une caractérisation multi-échelle. A l'échelle globale, la caractérisation est réalisée en étudiant la structure interne d'une loupe entière par tomographie X, et plus particulièrement la distribution des excroissances foncées caractéristiques de la loupe. Cette étude macroscopique est complétée, à l'échelle microscopique, par une analyse comparative de coupes anatomiques de bois de thuya et de loupe. À l'échelle du matériau, le bois de la loupe est caractérisé en étudiant la dispersion de sa rigidité par une méthode ultrasonore par contact direct. L'étude plus approfondie du comportement mécanique a nécessité la mise au point d'une méthode ultrasonore par contact direct sur des échantillons sphériques afin d'identifier les symétries matérielles d'un matériau. Cette méthode, appliquée au bois de la loupe de thuya, montre que la loupe a un comportement isotrope transverse. Par conséquent, il ne présente pas les mêmes symétries naturelles que le bois présent dans le tronc du même arbre. Cette méthode ne permet pas d'obtenir la matrice de rigidité complète : dans le cas d'un matériau orthotrope, elle donne accès aux 3 termes diagonaux de la matrice et à 3 combinaisons linéaires des 6 autres termes. Pour identifier complètement la matrice de rigidité, nous proposons, en perspective, l'utilisation de la Spectroscopie Ultrasonore Résonante (RUS). Le couplage de la méthode ultrasonore par contact direct développée et de la méthode RUS permettra de déterminer les symétries matérielles et la matrice de rigidité sur le même échantillon. Enfin, des coupes obtenues par tomographie X peuvent être superposées aux graphes de rigidité pour analyser la relation entre la structure interne et le comportement élastique de la loupe de thuya

Caractérisation mécanique de la loupe de thuya (Tetraclinis Articulata (Vahl) Masters) en vue de sa valorisation

La loupe de thuya joue un rôle économique et social important pour le secteur artisanal marocain. Ces dernières décennies, pour répondre à une forte demande, le bois de la loupe de thuya a été surexploité entraînant une dégradation importante des forêts de thuya marocaines. Une réponse possible à cette problématique, à court terme, consiste à limiter les déchets d'usinage. Cette voie d'investigation passe par la caractérisation du matériau et notamment l'identification de son réseau de symétries matérielles. L'objectif de ce travail est donc de caractériser le bois de la loupe de thuya (Tetraclinis articulata (vahl) Masters) dont le comportement mécanique n'a pas été étudié jusqu'à présent. Pour atteindre cet objectif, on passe tout d'abord par une caractérisation multi-échelle. A l'échelle globale, la caractérisation est réalisée en étudiant la structure interne d'une loupe entière par tomographie X, et plus particulièrement la distribution des excroissances foncées caractéristiques de la loupe. Cette étude macroscopique est complétée, à l'échelle microscopique, par une analyse comparative de coupes anatomiques de bois de thuya et de loupe. À l'échelle du matériau, le bois de la loupe est caractérisé en étudiant la dispersion de sa rigidité par une méthode ultrasonore par contact direct. L'étude plus approfondie du comportement mécanique a nécessité la mise au point d'une méthode ultrasonore par contact direct sur des échantillons sphériques afin d'identifier les symétries matérielles d'un matériau. Cette méthode, appliquée au bois de la loupe de thuya, montre que la loupe a un comportement isotrope transverse. Par conséquent, il ne présente pas les mêmes symétries naturelles que le bois présent dans le tronc du même arbre. Cette méthode ne permet pas d'obtenir la matrice de rigidité complète : dans le cas d'un matériau orthotrope, elle donne accès aux 3 termes diagonaux de la matrice et à 3 combinaisons linéaires des 6 autres termes. Pour identifier complètement la matrice de rigidité, nous proposons, en perspective, l'utilisation de la Spectroscopie Ultrasonore Résonante (RUS). Le couplage de la méthode ultrasonore par contact direct développée et de la méthode RUS permettra de déterminer les symétries matérielles et la matrice de rigidité sur le même échantillon. Enfin, des coupes obtenues par tomographie X peuvent être superposées aux graphes de rigidité pour analyser la relation entre la structure interne et le comportement élastique de la loupe de thuya.The wood of thuja burr plays an important economic and social role for the Moroccan artisanal sector. In last decades, as demand increased, thuja burr was overexploited resulting in an important degradation of Moroccan thuja forests. One possible solution, in the short term, consists in limiting waste machining. This approach requires the characterization of the material, especially of its materiel symmetries. This work aims thus at characterizing the wood of thuja burr (Tetraclinis articulata (Vahl) Masters), that was little studied up to now. First, a multi-scale characterization is proposed. At the global scale, the internal structure of an entire thuja is observed using X ray tomography, especially the distribution of dark growth elements typical of thuja burr. This macroscopic characterization is completed, at the microscopic scale, by a comparative analysis of anatomical microsections of thuja wood and thuja burr. At the material scale, the dispersion of the thuja burr stiffness is observed using a direct contact ultrasonic method. In order to progress further in the study of the mechanical anisotropy, a direct contact ultrasonic method for spherical samples is developed allowing to identify material symmetries. By applying this method to the thuja burr wood, a transverse isotropic behaviour is observed. Hence thuja burr wood does not exhibit the same natural symmetries as what is found in the trunk of the same tree. However, this method does not yield the complete stiffness matrix. In the case of an orthotropic material, it gives the access to 3 diagonal terms of the matrix and 3 linear combinations of the six other terms. The use of Resonance Ultrasound Spectroscopy (RUS) is proposed to identify the stiffness matrix completely: the coupling of the direct contact ultrasonic method developed and RUS method allows to determine the symmetries and stiffness matrix on the same sample. Finally, scanned images obtained by X-ray tomography can be superimposed on stiffness graphs to analyze the relationship between the internal structure and the elastic behavior of thuja burr.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Mise au Point d'une Méthode Ultrasonore par Contact Direct sur des Echantillons Sphériques: Contribution à la détermination des symétries matérielles d'un matériau

National audienceCe travail consiste à développer un outil expérimental permettant de déterminer les symétries matérielles d'un matériau au comportement mécanique mal connu (loupe de thuya). La voie d'investigation choisie pour atteindre cet objectif repose sur le développement d'un outil expérimental basé sur la méthode ultrasonore par contact direct sur des échantillons sphériques. Classiquement, cette méthode porte sur la mesure de la vitesse de propagation dans plusieurs échantillons de géométrie cubique (ou polyédrique à 14 faces) permettant 3 (ou 7) mesures par échantillons. En utilisant ce principe expérimental sur un seul échantillon de forme sphérique, nous augmentons considérablement le nombre de points de mesures (jusqu'à 133) tout en nous affranchissant des problèmes de variabilité entre échantillons. Il s'agit ici de présenter l'adaptation, la mise au point et la validation du banc expérimental de mesure par contact direct appliqué à des échantillons de forme sphérique. Pour qualifier la méthode et éprouver sa robustesse, une campagne d'essais sur un matériau de référence (l'aluminium) et sur un bois très homogène (le hêtre) a été menée. La détermination de la matrice de rigidité a été réalisée en traitant le problème direct (détermination de la rigidité apparente dans une direction donnée) puis le problème inverse à partir d'une série d'essais ultrasonores