Année scolaire 2014-2015 BOURGET Alexis LE TERTE Dorian MICADEL Kévin PROST Alexandren 1 èreS4 Lycée La Colinière, Nantes Travaux pratiques encadrés : Peut-on empêcher le du bois dans une mai Professeurs encadra Mme LE DIJ (SVT) Mme ROLLIN (P-C) or29 Sni* to View I èreS4 Sommaire I – D’où viennent ces craquements et quels facteurs les influencent ? > 1 Quel matériau peut craquer ainsi dans une maison sans subir de réelle dégradation ? > 2 – Quand les craquements des maisons se produisent-ils ? – 2- 1 – Quelles hypothèses pouvons nous émettre ? 3 – Comment est formé le bois ? Quelles structures peut-on ondations en bois joue t-elle un rôle dans les craquements ? > 8 – Conclusion partielle Il – Comment peut-on réduire voir stopper ces craquements ? > 1 – L’espèce du bois > 2 – L’acétylation > 3 – Le traitement thermique > 4 L’imperméabilisation > 5 – La répartition des forces : triangulation III – Conclusion finale • Bibliographie • Sitographieo Introduction Parfois, dans les maisons, on peut entendre un bruit sec et court, appelé « craquement ». II semble provenir des murs ou du toit du bâtiment.
Pourtant la maison ne subit aucune dégradation visible et n’est envahie par aucun insecte. Ce bruit répétitif peut ?tre dérangeant voir effrayant pour les enfants. Nous avons donc cherché à comprendre d’où venaient ces craquements pour permettre ensuite de trouver des solutions pour atténuer voir arrêter ces sons. 1 – Quel matériau peut craquer ainsi dans une maison sans subir de réelle Nous savions déjà que le bois était le seul matériau à présenter les caractéristiques suivantes : la possibilité d’ ion pour produire un son OF la pierre, l’acier, le verre et le bois.
Les caractéristiques reviennent à étudier la capacité de déformation du matériau. Il existe une grandeur appelée module d’Young (ou odule d’élasticité) qui illustre ceci. Cette grandeur en Pascal (pa) exprime la contrainte mécanique qui engendrerait un allongement de 100 % de la longueur d’un matériau. Plus cette valeur est petite, plus le matériau est déformable. Nous avons créé un tableau avec cette grandeur et les matériaux de la liste en ajoutant deux matériaux extrêmes en valeur, le diamant et le caoutchouc.
Matériau Module d’Young (en Gpa) Valeurs moyennes – Diamant Acier Verre Pierre Béton Brique Bois Caoutchouc 1000 210 71 45 20 14 0. 01 Tableau I : relations entre PAGF aux et leurs modules ensuite émettre des ypothèses sur les facteurs qui les influencent. Nous avions pu constater qu’une des causes des craquements était les changements météorologiques. Nous avons alors relevé le nombre de craquements en prenant note des conditions météorologiques grâce à une station météo simple. Puis nous avons placé les valeurs dans un tableau (tableau 2) que nous commenterons ensuite.
Tableau 2 : nombre de craquements dans une pièce de maison et condltlons météo extérieures au moment du relevé Nous avons relevé le nombre de craquements sur une durée de 20 min, car la valeur est fiable sur cet intervalle. Nous avons pris les valeurs ? 15h et 17h, car ces horaires se situent en milieu d’après-midi et que de nombreuses conditions météo sont possibles. Ces valeurs sont à deux heures d’intervalle pour étudier les variatlons du nombre de craquements sur une courte période.
Les données météo sont la température en oc, l’hygrométrie de l’air en et des remarques sur des spécificités du climat au moment du relevé. Nous avons répété cette opération pendant une semaine chaque jour, mais nous n’avons mis que trois exemples significatifs dans le tableau ci-dessus. 2 – 1 – Quelles hypothèses pouvons nous émettre ? Premièrement, on remarque que le nombre le plus élevé de craquement s’est produit le jour (21 / 10) où il y avait un vent fort et des conditions météorologiques autres normales. des craquements du bois.
Deuxièmement, on remarque que lorsque l’hygrométrie de l’air est extrêmement élevée depuis plusieurs jours (20/10) très peu de craquements se produisent. De plus, lorsque l’hygrométrie de l’air baisse pour la première fois depuis quelques jours (24/1 0), comme nous avons pu le constater en relevant chaque jour les donnees météorologiques, le nombre de craquements est élevé. 4 I ères4 On peut donc émettre les hypothèses suivantes . Les craquements sont nombreux lorsqu’il se produit un changement notable de « hygroscopie de l’air.
Les craquements sont plus nombreux lorsque l’humidité de l’air est plus faible (? condition que le reste des paramètres ne varie pas). 3 – Comment est formé le bois ? Quelles structures peut-on trouver à l’intérieur ? 3- 1 – Structure eénérale PAGF s OF responsable de sa production. Tout comme l’écorce, il est très peu résistant. • L’aubier est la partie vivante de l’arbre. En son sein circulent la sève ainsi que tout ce dont a besoin l’arbre. C’est là que sont produites les nouvelles cernes.
C’est une couche résistante et qui est utilisée en industrie. • Le duramen est le squelette de l’arbre. Il est entièrement constitué de bois mort. Très résistant, il est utilisé aussi souvent que possible en industrie. • La moelle fait partie du Duramen. C’est la partie la plus centrale de l’arbre, ce qui reste de la nalssance de cette branche. Elle grossit et occupe une part importante d’une très jeune pousse puis n’évolue plus et s’intègre au Duramen. Elle est donc utilisée en industrie, mais uniquement du fait de son placement dans le bois. ?? noter: Il existe en réalité d’autres couches, comme le Liber et le Suber, mais, à l’image du Cambium et de l’écorce, ces couches sont très fines et inutilisables en industrie, nous ne les étudierons donc pas, car elles ne sont pas du tout utilisées dans les maisons et ne peuvent donc pas être responsables des craquements du bois. Le bois est donc un matériau organique (organisé en cellules qui se renouvellent, c’est un être vivant). Les cellules qui forment le bois sont appelées « fibres ».
Elles ont pour particularités d’être très longues, comme on peut le voir sur l’image suivante (Image 3) et perpendiculaire à la majorité, ce sont des fibres qui servent alors uniquement au transport de sève et de matières premières pour l’arbre. Image 3 : Photo au microscope de fibres dans du bois. Durant nos recherches, nous avons appris que l’eau est présente sous deux formes dans le bois. Tout d’abord, on trouve l’eau liée, qui est présente dans les parois cellulaires de l’aubier et du duramen. Son pourcentage peut varier de façon assez importante, mais elle reste toutefois largement minoritaire.
Elle reste même après l’abattage de l’arbre. Ensuite, il existe l’eau libre. Celle-ci se trouve uniquement ? ‘intérieur des fibres de l’aubier, la partie vivante de l’arbre donc. Elle s’évapore dès que l’arbre meurt (et qu’il n’y a plus de cellules (fibres) vivantes autour d’elle). Bien que présente uniquement dans une seule des parties étudiées du bois, elle est responsable de la majeure partie du taux d’humidité du bois. La différence de quantité entre l’eau libre et l’eau liée implique que le duramen est bien plus sec que l’aubier à l’état naturel et nécessite donc moins de traitements pour l’assécher.
Eau liée Eau libre Schéma 1 : Schéma de la PAGF 7 OF libre et de l’eau liée e la répartition des molécules principales dans la paroi cellulaire (pourcentages moyens, toutes espèces confondues) 7 Schéma 2 : Représentation de la répartition des molécules composant la paroi cellulaire Image 3 : Photo au microscope de fibres dans du bois. 8 Les observations faites précédemment nous ont permis d’émettre l’hypothèse que l’humidité de l’air influait sur le nombre de craquements et donc sur le bois. – Que se passe-t-il lorsque le bois est en contact avec de l’eau sous forme gazeuse (humidité de l’air) ou liquide (pluie, étendue d’eau) ? Pour répondre à cette question nous avons étudié la liaison ydrogène. En effet la formule brute de l’eau est H20, or, comme dit précédemment, le bois contient dans ses parois cellulaires de la cellulose, de l’hémicellulose et de la lignine dont les structures moléculaires sont composées de nombreux groupes hydroxydes GOH). une liaison PAGF 8 OF Comment la liaison hydrogène peut-elle disparaître ?
Après avoir compris comment l’eau se liait au le bois, nous nous sommes demandé de quelle façon elle pouvait se retirer, cette à dire de quelle façon la liaison hydrogène pouvait disparaître. Premièrement le bois est en permanence entouré d’eau, appelé humidité de l’air. Ces molécules H20 peuvent se lier avec le bois, mais également avec d’autres molécules d’eau. Il peut se produire alors, le fait qu’une ou plusieurs molécules d’eau en suspension dans l’air, se lient avec une molécule d’eau déjà liée au bois et l’arrache, détruisant la liaison hydrogène.
Ce phénomène expliquerait l’équilibre entre « humidité de l’air et la teneur en eau du bois. Deuxièmement, la température de l’air joue également un rôle dans le procédé d’hygroscopie du bois. En effet une température relativement élevée peut défaire une liaison hydrogène par un apport d’énergie. Cela s’appelle le rocédé d’évaporation. De plus, lorsque la température augmente, les molécules d’eau s’excitent comme tout corps chauffé. La probabilité qu’une liaison hydrogène se crée entre l’eau et le bois est donc plus faible.
Pour récapituler, nous pouvons dire que la teneur en eau du bois s’équilibre avec le pourcentage d’humidité dans l’air, mais diminue avec une température élevée. 4-2 – Qu’entraine la présence d’eau dans le bois ? Tout d’abord il faut savoir que la teneur en eau dans le bois ne peut dépasser 30%, car le nombre de liaisons hydrogène possibles est limité. Ce pourcentage exprime l’augmentation de la mass apport à sa masse ? rapport à sa masse à l’état complètement sec. Image 4 et 5 : photos d’effet dune humidité élevée sur du bois Nous avons remarqué que lorsque cette teneur était élevée, le bois se fissurait parfois. Ces observations proviennent d’une poutre proche d’une salle de bain (image 4) et de l’éclatement de l’écorce des arbres en extérieur (image 5). Ces observations nous ont permis d’émettre l’hypothèse d’un changement dimensionnel du bois en fonction de l’humidité. En effet, les parois cellulaires des fibres peuvent gonfler avec l’eau. Cette hypothèse a été confirmée par le livre « Comportement hermohydromécanique du bois » de Parviz Navi et Frédéric Heger.
Nous avons alors mis en place une expérience visant à démontrer cela même s’il était précisé que le changement dimensionnel est très peu visible à petite échelle. Nous avons d’abord coupé dans un tronc d’arbre un morceau de bois rectangulaire allant de l’écorce au cœur de l’arbre comme montré sur la photo 6. Image 6 : Photo de la coupe réalisée Puis nous avons mesuré les dimensions exactes du morceau de bois avec un palmer pour les dimensions des largeurs et un pied a coulisse pour les dimensions trop grandes des Ioneueurs. C is d’obtenir des valeurs
