Caractérisation et modélisation mécanique d’essences de bois feuillus pour leur valorisation dans la construction

LaBoMaP (Laboratoire des Matériaux et Procédés), is a research lab EA 3633. Since 1993, this lab is involved in scientific and partnership research in the field of manufacturing processes, especially machining process by work material removal.

Our lab is structured with 4 teams:

HSM (High Speed Machining)

MSE (Materials and Surfaces Engineering)

WMM (Wood Material and Machining)

AMVALOR (Contractual Research)

The lab develops activities largely based on scientific experimentation thanks to high tech facilities. The modeling of physical phenomena is also an important part of the researchers’ tasks.

The applied topics concern the whole industrial sectors, such as automotive, aeronautic, aerospace, nuclear, biomedical, watchmaking… where the relationships between materials and manufacturing process are of prime importance.

Le LaBoratoire des Matériaux et Procédés (LaBoMaP) de l’ENSAM de Cluny (71) et l’institut technologique FCBA recherche un·e candidat·e pour un stage de Master (1^ère ou 2^ème année) afin de mener une étude sur le classement pour la résistance par machine d’essences de bois feuillus secondaires.

Contexte et objectifs

Ce stage s’inscrit dans le cadre d’un projet ayant pour but d’améliorer la valorisation d’essences feuillues actuellement sous-exploitées en construction participant ainsi à la gestion durable de la ressource en bois française. En effet, ce secteur fait actuellement essentiellement appel à des bois de résineux, dont la production nationale est largement inférieure aux besoins. En conséquence, la majeure partie du bois utilisé en construction est importée, ce qui contribue fortement au déficit de la balance commerciale de filière. La forêt métropolitaine française étant composée à plus de deux tiers de feuillus, l’inadéquation entre la ressource et la demande en bois résineux pour la construction explique pour partie ce déficit. L’utilisation de bois de feuillus en construction nécessite la levée de verrous normatifs à plusieurs niveaux.

En effet, les bois sciés destinés à la construction doivent être classés pour garantir leurs caractéristiques mécaniques selon la norme EN 14081-1. Deux méthodes sont possibles industriellement : le classement sur critères visuels réalisé par des opérateurs, et le classement par machine, avec diverses technologies possibles.  La plupart des essences de bois feuillus inclues dans le projet n’ont jamais fait l’objet d’étude permettant leur classement normatif selon l’une ou l’autre de ces méthodes. La méthode visuelle est encore largement utilisée en France, il est donc nécessaire de l’étudier pour une application à court terme, mais en pratique, le classement visuel par des opérateurs peut être particulièrement pénalisant, en particulier pour les feuillus de qualité secondaire. C’est donc une cause de perte de rendement matière majeure pour les feuillus. Le LABOMAP travaille depuis 2014 a l’élaboration de solutions de classement par machine adaptées au cas du chêne (travaux antérieurs sur les résineux). Ces solutions sont majoritairement basées sur la mesure de l’orientation des fibres en surface des sciages via sa mesure par lasers. Ces travaux préliminaires ont permis de développer des modèles de prédiction des propriétés mécaniques performants pour les sciages de chêne de qualité secondaire.

L’amélioration et l’évaluation du potentiel de cette méthode pour le classement par machine des feuillus qui seront étudiés dans le projet font l’objet des travaux de ce stage.

Travail attendu

La première tâche de ces travaux de stage consistera en la réalisation d’une campagne de caractérisation non destructive sur l’ensemble de l’échantillonnage du projet. Le LABOMAP est équipé d’un scanner industriel permettant notamment la mesure de l’orientation des fibres sur les 4 faces des sciages. Le scanner qui sera utilisé permettra d’obtenir des cartographies à haute résolution (de l’ordre de quelques mm) de l’orientation des fibres sur les 4 faces du sciage à des cadences compatibles avec l'industrie. L’intérêt de cette mesure réside dans le fait qu’elle permet non seulement de capturer la présence de nœuds mais aussi la forte déviation des fibres autours de ces derniers. Le scanner utilisé permet aussi la réalisation de photographies couleurs des 4 faces des sciages ainsi qu’une cartographie 2D de la masse volumique locale des sciages. La deuxième tâche de ces travaux de stage portera sur l’utilisation de cette base de données regroupant l’ensemble des informations nécessaires pour établir des modèles de comportement mécanique pour valider ou non le potentiel de ces solutions pour le classement par machine des essences feuillues considérées.

Informations administratives

Lieu : LaBoMaP - Arts et Métiers, Cluny (71)

Rémunération : gratification minimale mensuelle d’environ 600 € via le FCBA

Encadrement : Joffrey Viguier (Enseignant-chercheur, ENSAM), Guillaume Pot (Enseignant-chercheur, ENSAM), Jean-Denis Lanvin (FCBA)

Pour mener à bien ce sujet de stage, le ou la candidat(e) devra donc avoir une appétence pour la modélisation et être capable de coder dans un langage de programmation (python, MATLAB, …). Une formation en mécanique est indispensable afin de développer les modélisations prédisant la résistance des bois en fonctions des données récoltées. Bien qu’essentiellement porté sur la modélisation, une partie non négligeable du travail sera expérimentale.