bois (matériau)
bois (matériau), substance compacte et naturellement formée constituant le tronc, les branches et les racines des arbres. Il est composé principalement de fibres cellulosiques, de cellules spécialisées et, dans certains cas, de vaisseaux conducteurs qui assurent la circulation de la sève brute depuis les racines vers les feuilles. Cette matière organique, issue de la croissance des végétaux ligneux, est utilisée depuis des milliers d'années par l'humanité comme source d'énergie (combustible) et comme matériau de construction, d'outillage et d'ameublement, en raison de sa disponibilité, de sa résistance et de sa facilité de mise en forme.
Grain et structure
Les marques visibles dans tous les types de bois naturel, appelées grains ou veines, sont directement liées à la structure interne du matériau. Ces motifs résultent de l'organisation des fibres, des cernes de croissance et des vaisseaux qui composent le bois. De très fins vaisseaux, présents à l'intérieur du tronc de l'arbre, assurent le transport de la sève depuis les racines jusqu'aux feuilles, permettant ainsi la nutrition et la croissance de l'arbre.
Lorsque le bois est coupé parallèlement à l'axe longitudinal du tronc, on obtient ce que l'on appelle du bois de fil droit, caractérisé par des fibres globalement parallèles et régulières. Dans certains arbres, cependant, les vaisseaux et fibres présentent une disposition hélicoïdale, s'enroulant autour du tronc au fur et à mesure de la croissance. Ces arbres produisent alors du bois dit de fil torse, dont les fibres sont inclinées ou spiralées, ce qui peut influencer la résistance mécanique et l'aspect esthétique du matériau.
Le tronc d'un arbre ne croît pas en longueur, sauf au niveau de sa cime, mais il augmente progressivement en épaisseur au fil des années. La seule partie du tronc impliquée activement dans cette croissance est le cambium, une fine couche cellulaire située entre le bois et l'écorce, qui agit comme un tissu générateur. Dans les arbres des zones tempérées, ce cambium produit du nouveau bois principalement au printemps et en été. Le bois formé au début de la saison de croissance est généralement plus poreux, plus léger et de couleur plus claire que celui produit plus tard, qui est plus dense et plus foncé.
Ainsi, le tronc se trouve entouré chaque année par une nouvelle paire de couches concentriques, formant les cernes de croissance : une zone claire et une zone plus sombre. Ces cernes permettent d'estimer l'âge de l'arbre et donnent des informations sur les conditions climatiques passées.
Bien que le cambium soit la principale zone de croissance active, certaines cellules vivantes restent présentes dans l'aubier, partie périphérique du bois. Le tissu végétal du bois, constitué de cellules vivantes, de fibres de soutien et de vaisseaux conducteurs, est appelé xylème. Avec le temps, la partie centrale du tronc cesse d'être fonctionnelle : les cellules meurent progressivement et les vaisseaux se bouchent sous l'effet de dépôts de gommes, de résines ou simplement par remplissage d'air.
Cette zone centrale constitue le bois de cour, généralement plus sombre, plus dur et plus résistant que l'aubier. Les modifications internes du bois au cours du vieillissement s'accompagnent de variations de couleur et de texture caractéristiques de chaque espèce.
Classification
On distingue généralement les bois tendres et les bois durs en fonction de l'arbre dont ils proviennent, bien que cette classification soit davantage botanique que mécanique. Les bois issus d'arbres à feuilles caduques sont appelés bois durs, tandis que ceux provenant de conifères sont appelés bois tendres, indépendamment de leur dureté réelle. En effet, certains bois tendres peuvent être mécaniquement plus résistants que certains bois durs.
Les bois durs possèdent des vaisseaux de grande taille permettant le transport de la sève sur toute la longueur du tronc. Les bois tendres, en revanche, ne possèdent pas ces vaisseaux continus et assurent le transport des fluides de cellule en cellule. Plusieurs bois tendres, notamment chez les conifères, contiennent des canaux résinifères parallèles aux fibres, qui produisent et stockent des résines protectrices. Ces résines jouent un rôle dans la défense de l'arbre contre les insectes et les champignons.
Le noud correspond à la base d'une branche intégrée dans le tronc. Lorsqu'une bille de bois est sciée en planches, ces nouds apparaissent comme des zones circulaires ou ovales, souvent plus dures et plus sombres que le reste du bois. À l'intérieur du tronc, les anneaux du noud sont en continuité avec les fibres du bois environnant, formant une structure interconnectée.
Vers la périphérie du tronc, le bois croît autour de la branche, ce qui donne des nouds enveloppés. Lors du séchage du bois, les différentes parties se contractent de manière inégale : les nouds se rétractent souvent plus rapidement que le bois environnant. Cela peut entraîner le détachement d'un noud enveloppé et la formation d'un trou. Les nouds interconnectés, quant à eux, restent solidement intégrés mais peuvent provoquer des déformations locales.
Ces irrégularités influencent la résistance mécanique du bois, mais aussi son aspect esthétique. Certains bois noueux sont d'ailleurs recherchés pour leur apparence décorative en menuiserie et en décoration intérieure.
Propriétés physiques
Le bois est caractérisé par plusieurs propriétés physiques essentielles, notamment sa dureté, sa rigidité, sa densité et sa résistance mécanique globale. La densité constitue un indicateur important des performances mécaniques du matériau, car elle reflète la quantité de matière contenue dans un volume donné. Elle permet ainsi d'évaluer la rigidité, la résistance et parfois même la durabilité du bois.
La résistance du bois dépend de plusieurs facteurs, notamment son taux d'humidité, son état de dessiccation et l'orientation des fibres. Le bois est toujours plus résistant lorsqu'il est travaillé dans le sens du grain, c'est-à-dire parallèlement aux fibres, que lorsqu'il est sollicité perpendiculairement à celles-ci. C'est pourquoi les éléments de construction sont généralement orientés dans le sens des fibres.
Le bois présente une excellente résistance à la compression, ce qui en fait un matériau adapté aux structures porteuses. À poids égal, certains bois peuvent même être plus résistants que l'acier dans certaines applications. Toutefois, sa résistance à la traction et au cisaillement est plus limitée.
La résistance à la compression est essentielle dans les fondations et les éléments porteurs des bâtiments. La résistance à la flexion est quant à elle cruciale pour les poutres, solives et autres éléments soumis à des charges horizontales. Certaines essences combinent efficacement ces propriétés, tandis que d'autres présentent des comportements contrastés : le chêne est très résistant à la flexion mais moins à la compression, alors que le séquoia présente l'inverse.
La résistance aux chocs mesure la capacité du bois à absorber des contraintes brutales ou répétées. Des bois comme le frêne ou le noyer blanc d'Amérique sont particulièrement performants dans ce domaine et sont utilisés pour des outils soumis à des impacts fréquents, comme les manches de hache ou les équipements sportifs.
D'autres propriétés comme l'élasticité, la flexibilité ou la résonance acoustique jouent également un rôle important dans des applications spécifiques. Par exemple, l'épicéa est particulièrement adapté à la fabrication de tables d'harmonie d'instruments de musique, notamment les pianos, en raison de ses excellentes propriétés vibratoires.