Du bois naturel au matériau architecturé : microstructure et comportement en rupture // From natural wood to an architectured material: microstructure and fracture behaviour

Le bois est un matériau naturel hiérarchique remarquable et une ressource biosourcée stratégique, mais ses performances mécaniques et sa tenue en service restent limitées par sa variabilité, sa porosité et sa sensibilité aux conditions environnementales. Cette thèse vise à établir des relations quantitatives procédé → microstructure → propriétés pour transformer un bois naturel en matériau architecturé par délignification puis densification thermo-hydro-mécanique (THM), en mettant l'accent sur la microstructure post-traitement et le comportement en rupture (fissuration, ténacité). L'hypothèse directrice est que la reconfiguration des parois et des interfaces induites par la délignification (mobilité de la matrice, glissement interfibrillaire), puis la consolidation sous THM (effondrement contrôlé des lumens, recollement et cohésion inter-parois, réduction de porosité), gouvernent à la fois le renforcement mécanique et les mécanismes d'initiation/propagation des fissures. Le travail progresse du micro au méso : d'abord, constitution d'une base d'échantillons traçables et caractérisation 3D/locale de l'architecture (porosité résiduelle, densité, texture) et des propriétés (dureté, modules par indentation) afin d'identifier les leviers de renforcement. Ensuite, des essais de fissuration en traction sur lamelles minces (≈30–100 µm) permettront de distinguer la propagation intrafibre (au sein de la paroi cellulaire) et interfaciale (entre fibres recollées lors de la densification), avec suivi de fissure par imagerie optique et tomographique. Enfin, des essais de traction jusqu'à rupture sur éprouvettes mésoscopiques relieront microstructure et chemins de fissuration. L'analyse permettra de coupler indicateurs de rupture et cartographies microstructurales afin de définir des procédés assurant des performances reproductibles et une tenue en service durable.
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Wood is a remarkable hierarchical natural material and a strategically important bio-based resource, but its mechanical performance and in-service reliability remain limited by its variability, porosity, and sensitivity to environmental conditions. This PhD project aims to establish quantitative processing → microstructure → properties relationships to transform natural wood into an architected material via delignification followed by thermo-hydro-mechanical (THM) densification, with a particular focus on the post-treatment microstructure and fracture behaviour (cracking, toughness). The guiding hypothesis is that the reconfiguration of cell walls and interfaces induced by delignification (matrix mobility, interfibrillar sliding), followed by consolidation under THM (controlled collapse of lumens, re-bonding and inter-wall cohesion, reduced porosity), governs both mechanical strengthening and the mechanisms of crack initiation and propagation. The work proceeds from the micro- to the meso-scale. First, a traceable sample database will be established, together with 3D and local characterisation of the architecture (residual porosity, density, texture) and properties (hardness, indentation-derived moduli) in order to identify the key strengthening levers. Next, tensile cracking tests on thin lamellae (≈30–100 μm) will make it possible to distinguish intrafibre propagation (within the cell wall) from interfacial propagation (between fibres re-bonded during densification), with crack monitoring by optical and tomographic imaging. Finally, tensile tests to failure on mesoscopic specimens will link microstructure to fracture paths. The analysis will couple fracture indicators with microstructural mapping to define processing routes that deliver reproducible performance and durable in-service behaviour.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

510 I-MEP² - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production

• Formation : M2 / Diplôme d'ingénieur en mécanique, matériaux, physique appliquée (ou proche). • Bases scientifiques : mécanique des solides / matériaux ; notions de rupture et/ou couplages thermo-/hygro-mécaniques appréciées. • Expérimentation : fort intérêt pour la conduite d'essais instrumentés et rigueur expérimentale indispensable. • Analyse de données : Intérêt pour le traitement d'images (DIC / tomographie) apprécié. • Qualités : autonomie, organisation, esprit critique, travail en équipe ; anglais scientifique opérationnel.
• Education: Master's level (M2) / Mechanical engineering degree in mechanics, materials, applied physics (or a closely related field). • Scientific foundations: solid mechanics / materials; knowledge of fracture and/or thermo-/hygro-mechanical couplings is a plus. • Experimental work: strong interest in conducting instrumented tests; rigorous experimental practice is essential. • Data analysis: interest in image processing (DIC / tomography) is appreciated. • Skills: autonomy, organisation, critical thinking, teamwork; working proficiency in scientific English.