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Glossaire du cahier technique Usages durables du bois en milieu urbain

PAGE EN CONSTRUCTION

GLOSSAIRE (en construction)

agents biologiques

Les principaux organismes vivants qui dégradent le bois se répartissent entre les champignons et les insectes. Leurs hôtes (essences de conifères ou de feuillus) sont souvent spécifiques. La teneur en eau du bois est le premier paramètre à maîtriser : le bois mis en œuvre doit impérativement avoir été séché pour se stabiliser à un niveau d’équilibre optimal pour sa classe d’utilisation et doit rester sous un seuil critique d’humidité. Lorsque l’eau entre dans le bois, elle doit pouvoir être rapidement évacuée (ventilation…).

Les champignons peuvent être distingués entre les parasites des arbres vivants et ceux se développant sur le bois mort et/ou coupé (dit saprophytes). Leur métabolisme est capable de consommer directement les composants du bois. Les champignons lignicoles s’attaquent au contenu des cellules. Ils provoquent le bleuissement du bois qui n’altère pas ses qualités mécaniques. Les champignons lignivores dégradent les molécules des parois cellulaires et engendrent des désordres mécaniques. On distingue la pourriture fibreuse ou blanche, qui nécessite une humidité élevée (pourridié-agaric, amadouviers, polypores etc.). Cette dégradation est souvent précédée d’une échauffure (aspect en tâches colorées). La pourriture cubique ou brune peut se faire avec des alternances de chaleur et d’humidité (lenzites, mérule, coniophore des caves etc.). Enfin la pourriture molle intervient aussi à un fort taux d’humidité, souvent sur des bois en contact avec le sol.

Une partie des insectes xylophages ne dégradent que le bois frais. Certains se développent sous l’écorce des arbres (sténographe, calcographe…), tandis que d’autres creusent leur galerie dans le bois des arbres sur pied ou fraîchement coupés (sirex, saperdes, gâte-bois…). Les dégâts dus aux insectes du bois secs sont principalement le fait des galeries où se développent leurs larves (vrillettes, capricorne des maisons, lyctes). Les termites dégradent le bois pour nourrir leur termitière. Elle se déplace en circulant via des galeries façonnées. Enfin, les insectes nidificateurs creusent des abris dans le bois sans le consommer (abeille charpentière, fourmis…).
La durabilité naturelle du bois et sa sensibilité aux agents biologiques le dégradant dépend des essences. Elle varie selon son humidité ; elle est liée à la présence de tanins ou de résines, mais dépend aussi de la concentration plus ou moins forte en nutriments (selon la saison de coupe de l’arbre, la présence d’aubier – cf. bois…). Les champignons saprophytes apparaissent dans le bois au-delà de 22% d’humidité (cf. point de saturation). La digestion du bois se fait par libération d’enzymes, dont l’activité nécessite la présence d’eau mais aussi d’oxygène. La prolifération des xylophages du bois secs est facilitée par le développement préalable de champignons dont les produits de dégradation seront assimilables par les insectes.

L’effet du réchauffement global sur l’état pathologique des forêts reste encore difficile à prédire. Si le changement des régimes de précipitation peut être défavorable aux champignons, le stress hydrique affectant les arbres risque de diminuer leur tolérance globale aux infections diverses. Aujourd’hui limités par le froid hivernal, le développement des parasites et leurs aires de distribution pourrait être fortement modifiés. Des ravageurs pourraient alors être mis en contact, plus longtemps, avec de nouvelles cibles, moins résistantes. Le scénario le plus optimiste de l’unité de zoologie forestière de l’INRA d’Orléans prévoie ainsi une colonisation des chenilles processionnaire du pin jusqu’à Paris, pour 2025, et s’interroge sur les limites à leur expansion.

La vulnérabilité des ouvrages bois au changement climatique est encore peu étudiée. L’évolution du risque lié à leur exposition aux champignons et insectes xylophages reste une question en suspens.

Pour aller plus loin…

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agroforesterie

La culture des arbres peut être associée, sur une même parcelle, à de l’élevage ou à une autre culture, alimentaire ou non. Ce système de production, sur sols agricoles, relève de l’agroforesterie.

L’arbre sur des sols agricoles peut relever de reboisements (boisement de terres agricoles, BTA) ou de plantation de taillis à (très) courte rotation (T(T)CR). Il peut être un arbre d’alignement (dans une haie) ou isolé, dans ou en limite de parcelle. L’intérêt porté aux associations arbres-cultures vise préserver et garantir la biodiversité des parcelles agricoles, la fertilité des sols et la ressource en eau tout en bénéficiant d’un gain sur le rendement de biomasse à l’hectare. En île-de-France, un dispositif expérimental a été installé sur le site de la Bergerie de Villarceaux (Val d’Oise, dans le Parc naturel régional du Vexin français), soutenu par le Conseil régional. La principale valorisation économique visée de ces arbres est le bois-énergie par taille de leur houppier (bûches ou déchiquetage des branches).

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bio-sourcé

La qualification de matériau bio-sourcé provient de l’origine végétale ou animale du matériau de construction ; sa définition est donnée dans le décret relatif au label Bâtiment bio-sourcé (décret n°2012-518 du 19 avril 2012). Le terme caractérise aussi les composants chimiques substitutifs à la pétro-chimie (voir bois-chimie).

La matière première qui constitue, totalement ou partiellement, le matériau bio-sourcé est issue d’une biomasse provenant du fonctionnement d’un éco-système. Des organismes végétaux ont utilisé l’énergie solaire pour synthétiser leurs composés carbonés, à partir du CO2 de l’atmosphère. La transformation de cette biomasse par l’activité humaine est contemporaine de sa formation par la plante. Il y a donc correspondance entre le cycle de croissance du végétal producteur de matière première et le cycle de transformation du matériau. Cette caractéristique est fondamentale pour l’intérêt environnemental du recours aux matériaux bio-sourcés. Le renouvellement de la matière première (naturel mais encadré par l’activité humaine) est concomitant de son usage. Le carbone émis n’est pas issu d’un gisement fossile, stocké et retiré du cycle dans les temps géologiques. Par substitution à des matériaux non renouvelables, l’usage de matériaux bio-sourcés stocke une partie du carbone atmosphérique et évitent les émissions fossiles.

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bois adjuvanté

Intégré dans un processus de transformation, le bois peut être associé à divers produits : colles, produits de préservation, produits de finition comme les vernis et lasures, plaquages (mélamine…). La question du caractère adjuvanté du matériau se pose pour les rebuts des opérations de transformation ou pour les produits en fin de vie, au moment d’envisager des solutions de recyclage. La teneur des contaminants conditionne le classement d’un tel bois en combustible. L’ADEME a établi le synoptique suivant pour envisager les modes de gestion des déchets de bois:

ADEME synoptique

Le comité technique (TC 335) du Centre européen de normalisation (CEN) mandaté en 2000 par la Commission européenne pour normaliser les biocombustibles solides (propres et non contaminés, produits issus de l’agriculture et de la forêt, produits connexes des industries du bois, et granulés) définit le bois « faiblement adjuvanté », en excluant le bois traité par imprégnation et ignifugé, comme ayant fait l’objet:

  • D’encollage sans autre ajout chimique (panneau de process brut, poutre en BLC) où la traçabilité peut se faire sur le type de colle et sa quantité avec un suivi des teneurs en azote et en chlore;
  • D’encollage avec faibles ajouts de produits de finition ou de préservation où les paramètres à suivre incluent aussi les métaux lourds et les organo-halogénés.

L’assimilation à un combustible du bois adjuvanté fait encore l’objet de d’études pour caractériser ses qualités requises et celles du système de combustion afin de contrôler les émissions atmosphériques et les teneurs des cendres où se concentrent les polluants. Les différentes approches de normalisation et leur harmonisation européenne encouragent la démarche de sorties du statut de déchet (SSD) pour les déchets de bois faiblement adjuvantés. Les évolutions réglementaires à venir seront primordiales pour la classification des installations pouvant brûler ce type de déchets (chaudière ou incinérateur). Selon la norme considérée, on peut se référer à plusieurs classements :

ADEME FCBA bois adjuvanté

Sans avoir reçu de traitement physico-chimique, les bois peuvent aussi être contaminés par contact : on parlera de bois souillés. Par extension, les déchets bois en mélange contenant une fraction de bois adjuvanté non séparable peuvent aussi être considérés comme souillés. Les capacités de tri, à la collecte des déchets et sur des plates-formes de transformation, sont donc primordiales. Le bois faiblement adjuvanté fait aujourd’hui l’objet d’une valorisation matière à 90%, essentiellement en panneaux de particules.

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bois d’industrie (BI)

Le bois d’industrie, comme le bois-énergie, ne provient pas uniquement d’une fraction de l’arbre, non valorisable en bois d’œuvre. Il incorpore aussi les récoltes des taillis et les sous-produits des interventions sur la parcelle forestière en vue d’obtenir du bois d’œuvre. Il peut aussi être alimenté par tout type de bois déchiqueté (connexes, bois en fin de vie…). Il alimente les industries de la pâte à papier ainsi que celles des panneaux de process, où il est transformé par trituration.

Se reporter à bois, à trituration et sylviculture.

bois d’œuvre (BO)

Le bois d’œuvre est la catégorie de bois destinée à être transformée par fendage, tranchage, sciage, ou déroulage pour être utilisée en ébénisterie, tonnellerie, menuiserie, charpente, caisserie, coffrage, comme traverses ou piquets etc. Le bois d’œuvre concerne des usages considérés comme « nobles », les plus rémunérateurs pour le forestier. Généralement, on considère un diamètre minimum de 20 cm, correspondant au niveau de découpe marchande. Mais la capacité technique à scier des petits diamètres a tendance à bousculer cette notion. La qualité du BO dépend de l’essence de l’arbre, du mode de sylviculture et de la position de la pièce dans le volume de la grume débitée.

La règle de billonnage permet de distinguer la qualité des tronçons dans la grume selon leur position sur le fût et en fonction de leurs défauts apparents. A chaque qualité correspond un emploi et une transformation. La qualité d’un bois d’œuvre sera donnée par sa forme, sa cohésion, son aptitude à être travaillé et son comportement mécanique, qui proviennent de son anatomie. Estimer la qualité du bois sur pied et après abattage nécessite une solide expérience. Ce classement qualitatif des bois ronds cherche à évaluer, par l’appréciation visuelle de l’aspect extérieur :

  • les caractères anatomiques des billes : largeur et régularité des cernes et conformité physique (longueur, courbure, et défilement (diminution de diamètre entre les sections – découpes fin bout et gros bout – le long de la tige en cm/m) ;
  • les singularités dues aux conditions de pousse (pente et vents) qui génère un bois de réaction (bois de compression avec des cellules à parois épaisses et large lumen, riche en lignine, chez les résineux ; bois de tension avec des cellules à paroi épaisse et faible lumen, riche en cellulose, chez les feuillus) ;
  • les singularités de structure : formes des nœuds suivant leur origine, plus ou moins sains, plus ou moins adhérents, fibres en forme de spirale (fil tors), décollement des cernes (roulures), fentes provoquées par le gel (gélivure)… ;
  • les altérations de la consistance et de la composition du bois (bleuissement, échauffure, pourriture) ;

Se reporter à bois, déroulage, sciage et systèmes constructifs

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bois-énergie (BE)

Cette catégorie recoupe le bois déchiqueté (plaquettes) ainsi que les bois ronds alimentant poêle, chaudière, cheminée, etc. La part du bois-énergie prélevée en forêt mais non commercialisée (sous forme de bûches) est difficilement quantifiable. Le bois-énergie, comme le bois d’industrie, ne provient pas exclusivement de la fraction de l’arbre abattu non valorisable en bois d’œuvre. Il incorpore aussi les récoltes des taillis et les sous-produits des interventions sur la parcelle forestière. Le bois-énergie n’a pas non plus une seule origine forestière. Il peut être alimenté par tout type de bois déchiqueté : sous-produits d’élagage, refus de crible des plates-formes de compostage, différents connexes de la transformation du bois, bois en fin de vie d’origines diverses (palette, emballage, ameublement, déchet de la déconstruction…).

Pour être considéré comme un combustible pouvant alimenter une installation de combustion, le bois doit être transformé pour obtenir une forme (granulométrie en fonction du broyage) et un taux d’humidité (séchage). L’unité à privilégier est la masse brute, pour un taux d’humidité donné, principal critère de qualité du bois-énergie. Même séché, le combustible bois conserve une part importante d’eau. Celle-ci mobilise une quantité d’énergie importante pour sa vaporisation lors des phases de combustions du bois (séchage, gazéification, pyrolyse…). Le pouvoir calorifique du combustible supérieur (PCS) évalue la quantité de chaleur dégagée, intégrant aussi la chaleur latente de vaporisation de l’eau. On le distingue du pouvoir calorifique inférieur (PCI) qui ne compte pas cette quantité de chaleur. La technologie de la grande majorité des chaudières bois utilise le PCI pour exprimer le contenu énergétique du bois. Pourtant, la directive UE eco-conception retient le PCS comme référence de comparaison de l’efficacité énergétique.

La chaleur latente de vaporisation de l’eau, dissipée dans les émissions atmosphériques, peut être récupérée, par condensation de la vapeur. Ceci améliore sensiblement l’efficacité énergétique des chaufferies. La principale technique de condensation consiste en un « lavage » des fumées qui abat leur charge en poussières, éléments acides et métaux lourds des rejets atmosphérique. Mais ce système ne remplace pas intégralement le traitement des fumées par traitement mécanique et voie sèche (multi-cyclone, filtre à manche, électro-filtre) pour respecter les seuils réglementaires d’émissions gazeuses et particulaires. Cette solution ne s’affranchit pas non plus d’un traitement ultérieur des boues, chargées en éléments polluants, issue des condensats.

Ce système concerne des chaudières de fortes puissances (supérieure à 500 kW), comme celle de réseau. Le panache de vapeur de ces installations est réduit, ce qui peut avoir des conséquences sur la meilleure acceptabilité de la chaufferie par le voisinage en zone urbaine dense. Pourtant ces technologies sont aujourd’hui encore peu développées en France. Certaines chaudières granulés présentent cette technologie.

La cogénération permet de produire avec la chaleur de l’électricité, à partir d’une source d’énergie unique. L’installation est dotée d’un moteur, turbine à vapeur d’eau ou utilisant un fluide organique dans un cycle thermodynamique dit de « cycle organique de Rankine » (ORC). Ces principes d’amélioration du rendement consistent à utiliser une chaleur fatale qui serait perdu sans ces possibilités techniques de valorisation. Ce principe s’applique à une aussi à des chaudières bois (bûches, plaquettes ou granulés). La « troisième génération » de chaudières permet une micro-cogénération, adaptée au résidentiel et au petit tertiaire. Les installations de plus forte puissance (réseaux, industrielles) peuvent aussi être équipée d’un système de cogénération.

Se reporter à bois, bois adjuvanté et à sylviculture.

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bois-chimie

Le développement de la chimie du végétal, alternative à la pétro-chimie, s’intéresse au bois comme ressource lignocellulosique et pour ses molécules extractibles (résines, tannins). On distingue deux voies de valorisation du bois-chimie : énergétique (gazéification, fermentaion…) et matière (extraction).

La chimie du bois reste émergente mais ses débouchés sont nombreux : transformation en carburant de seconde génération (éthanol), synthèse de plastiques biodégradables, extraction de molécules pour solvants, colles, huiles essentielles etc. Une partie du bois-chimie constitue donc une chimie pour le bois, par la formulation de colles et de produits de traitement ou de finitions bio-sourcés. La substitution des colles pétro-chimiques par voie végétale explore ainsi l’utilisation de la lignine comme liant (en milieu humide), des tanins, d’extraits d’aiguille de conifère.

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bois

Le bois est un tissu végétal mis en place notamment par les arbres, au cours de leur croissance en largeur. Il s’agit d’un matériau anisotrope, hétérogène et hygroscopique dont les propriétés mécaniques et thermiques proviennent de l’anatomie et de la constitution chimique. Selon la place dans la filière, le vocabulaire attaché au bois varie et les modes de qualification et de quantification diffèrent. La comparaison des données chiffrées demande donc d’être très attentif aux méthodes utilisées, aux éléments évalués et aux unités employées.

bois, anatomie

Les secteurs de l’emballage, de l’ameublement, de l’aménagement, de la construction et des papiers et cartons constituent l’aval principal de la filière de transformation du bois. Toutes ces valorisations exploitent la structure anatomique du bois.

A différentes échelles d’observation, Pour être décrite anatomiquement, la tige doit être observée selon trois plans, déterminés par les directions des cellules qui composent le bois. Le plan transversal est perpendiculaire à l’axe des fibres. C’est une section dans la longueur de la grume. Le plan radial, parallèle à un rayon, passe par le centre de la tige. Le plan tangentiel, aussi perpendiculaire à l’axe de la croissance en largeur, ne passe pas par le milieu.

NOM de l’IMAGE

Le bois est un tissu végétal conducteur de la sève brute, des racines vers les feuilles. Les cellules qui le constituent assurent aussi des fonctions de stockage et soutien. L’épaisseur des parois cellulaires et la taille de l’espace interne des éléments de conduction (lumen) sont déterminantes pour la densité du bois. Ces parois sont composées de plusieurs couches de composition variée. Certaines sont constituées de fibrilles de polymères assemblés : chaînes de cellulose dans une matrice moléculaire d’hémicellulose et de lignine. La cellulose est à l’origine de la structure fibreuse du bois et la lignine lui donne sa rigidité. Dans cette structure multicouche, certaines couches des parois cellulaires présentent un angle précis des fibrilles avec axe longitudinal de la cellule. Cet arrangement est à l’origine des performances mécaniques du bois.

NOM de l’IMAGE

Les premiers anneaux de croissance mis en place autour de la moelle forment le bois juvénile, de moindres qualités technologiques. Sa différenciation anatomique avec le bois adulte ou mature est faible chez certains feuillus (hêtre, peuplier, bouleau, charme…) mais particulièrement forte chez les « résineux ». L’épaisseur du bois juvénile est à peu près constante sur toute la hauteur de la tige, dont la forme conique provient d’une accumulation d’anneaux de bois mature, dans la partie inférieure de la tige, sous le houppier.

La duraminisation est un processus de différenciation du bois au cœur de la tige : le bois se dévitalise (mort des cellules, perte de leurs contenus et disparition des substances de réserves) et des composés phénoliques sont synthétisés (dont les tanins). Cependant ce duramen ou bois parfait n’est nettement visible que chez les essences dites à aubier différencié (pins maritime et sylvestre, mélèze, douglas, chêne, châtaignier, robinier…). Généralement l’épaisseur d’aubier est constante dans le fût, sous les premières branches.

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bois, arbre

L e forestier distingue l’arbre sur pied selon trois compartiments :

  • sa souche (restant en terre après son abattage) ;
  • son fût (partie du tronc dépourvue de branche, située entre la souche et le houppier ;
  • son houppier (ensemble des ramifications de l’arbre et de la partie supérieure de son tronc).

La tige est l’axe aérien principal de l’arbre, d’où partent des ramifications. Sa base présente un empattement et son extrémité finale est fine : la tige a globalement une forme de cône, plus ou moins prononcé. Le menu bois est la partie la plus fine des branches, avec le feuillage. Le fût, destiné au bois d’œuvre, est désigné comme la bille de pied. La partie de la tige située au-dessus est appelée surbille. Les arbres sur pied sont classées en fonction de leur diamètre à hauteur de poitrine (1,3 m) en quatre catégories : les petits bois (entre 7,5 et 22,5 cm), les moyens bois (entre 22,5 et 47,5), les gros bois (entre 47,5 et 67,5) et les très gros bois (au-delà de 67,5).

NOM de l’IMAGE

En fonction de sa transformation future, on distingue les portions de l’arbre selon leur diamètre. Les plus gros diamètres, destinés au sciage et au déroulage, sont qualifiés de bois d’œuvre. Le reste de l’arbre prélevé sera valorisé en bois d’industrie et/ou bois-énergie (jusqu’à 40 à 60% de matière des arbres producteurs de gros ou de très gros bois). Cette distinction dépend de la longueur et des diamètres de découpes, inférieure (gros bout) et supérieure (fin bout). Une fois l’arbre abattu et ébranché, on considère la grume, recouverte ou non de son écorce, dont les tronçons découpés sont appelées billes. Les grumes, billes et rondins (de plus faible diamètre), avant leur première transformation, sont qualifiés de bois rond.

Le recensement de l’IGN pour son inventaire forestier national ne comptabilise que seuls les arbres présentant à 1,30 m du sol un diamètre supérieur à 7,5 cm. Les volumes de bois sur pied alors évalués représentent le volume de bois fort tige qui englobe la tige depuis le sol jusqu’au niveau de diamètre égal à 7 cm, dit découpe de bois fort. Les campagnes d’inventaire de l’IGN, sur cinq ans, consistent en un échantillonnage annuel de la couverture végétale du sol. Les espaces comptabilisés correspondent à une définition stricte (bosquet, forêt de production, peupleraie, etc.). Elles permettent d’évaluer des flux : production biologique, prélèvement et mortalité. Ce protocole quantifie globalement la forêt métropolitaine. Il permet aussi de la qualifier (essences présentes, diversité et maturité des peuplements, exploitabilité des forêts…). L’inventaire de la campagne 2008-2012 est disponible dans le memento IGN 2013. Une nouvelle étude sur la disponibilité en bois d’origine forestière en France métropolitaine aux horizons 2020 et 2030 livrera ses résultats début 2015 (Communiqué de presse IGN, FCBA, ADEME).

Il existe de nombreuses méthodes d’estimation des volumes utilisées par les forestiers. Les équations employées sont appelées tarifs de cubage. La plupart s’appliquent au volume du tronc en vue d’une valorisation comme bois d’œuvre. Associées à une démarche marchande, elles sont variables entre les essences, les modes de gestion sylvicole, les régions, les filières de transformations. L’estimation du volume du houppier est estimé à partir de coefficients d’expansion, plus ou moins précis, appliqués au volume de bois fort tige. Pourtant, le potentiel de mobilisation supplémentaire de bois-énergie demande à être précisé régionalement, avec une estimation fine des volumes locaux disponibles et des teneurs minérales exportées hors de la forêt. Il en est de même pour les taux d’écorce des différentes essences métropolitaine. Le projet de recherche CARBOFOR (2002-2004) a estimé le stock de carbone biomasse en forêt métropolitaine : il a mis en discussion plusieurs modèles d’évaluation des volumes de biomasse en forêt. Son calcul de coefficients d’expansion porte sur un volume global, basé sur l’inventaire forestier national, et donne une estimation nationale. L’élaboration de méthodes communes et robustes pour estimer localement la biomasse et la minéralomasse des branches a fait l’objet d’un autre projet de recherche 2009-2013 (EMERGE).

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Les volumes de bois commercialisés sont évalués grâce aux enquêtes de branche du service de statistique du ministère de l’agriculture (AGRESTE), par envoi de questionnaires auprès des entreprises de la filière, en fonction de leur classification INSEE. Les volumes de bois ronds consommés sont quantifiés en volume sur écorce ou en tonnage brut sur écorce selon leur destination (sciage, déroulage, trituration…). Il existe donc des tables de conversion pour passer d’une unité à une autre : mètre-cube, stère, mètre-cube apparent plaquette (MAP) tonne, etc. selon que l’on considère le bois avec ou sans son écorce, en fonction des essences, pour un taux d’humidité donné.

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bois, durabilité

Dans la construction, la durabilité se juge à la capacité d’une pièce de bois à assurer, sur une durée de vie prévue, les fonctions qu’on lui a assignées (structure, protection, thermique, esthétique…).

Les qualités mécaniques du bois proviennent directement de son anatomie. L’aptitude à la compression, à la traction et au cisaillement d’un volume de bois dépend du plan considéré : on parle d’anisotropie du bois. Chaque essence présente des valeurs spécifiques. Généralement, le bois offre le maximum de résistance à la traction axiale. La résistance au glissement des fibres (cisaillement axial) et à leur compression axiale augmente avec la densité. Souvent les résistances aux contraintes transversales sont faibles. L’humidité a par ailleurs tendance à fatiguer les pièces de bois.

Les polymères constituant le bois fixent les molécules d’eau. C’est le caractère hygroscopique du bois qui peut perdre et reprendre de l’humidité. Lorsque le taux d’humidité passe sous le point de saturation, les parois cellulaires se contractent et produisent un retrait. Inversement l’adjonction d’eau provoque des gonflements. La déformation consécutive du volume de bois est le cumul des déformations selon les directions considérées. Les essences présentent des valeurs différentes mais globalement, la déformation tangentielle est plus importante que la déformation radiale et la déformation axiale quasi-négligeable. Selon le type de produit (panneaux de process, contreplaqués…) et selon l’orientation des sciages dans la section de bille, les niveaux de gonflement et de retrait varient.

L’obstruction des vaisseaux de conduction, la présence de résines et de tannins et l’absence de matières fermentescibles diminuent la sensibilité du bois aux agents biologiques qui le dégradent. Les bois purgés d’aubier présentent ainsi une plus grande durabilité naturelle. En revanche l’aubier, plus poreux que le duramen, est plus imprégnable ce qui permet son traitement de préservation.

Les conditions d’humidité de la mise en œuvre du bois est un facteur-clé de sa durabilité. Le séchage du bois est donc une étape cruciale qui améliore les caractéristiques technologiques du bois et lui confère une stabilité dimensionnelle. Les règles de l’art établis dans les documents techniques unifiés (DTU) de la construction ainsi qu’un ensemble de normes définissent les taux d’humidité optimum selon l’emploi du bois (charpente traditionnelle, lamellé-collé, ossature, menuiserie extérieure…). On se situe systématiquement sous 22% d’humidité. Après sa mise en œuvre, la teneur en humidité d’un élément en bois peut varier, selon son environnement (saison, région…), sa situation en service (exposition à l’eau) ; l’humidité atteint alors une teneur d’équilibre. En regard de chaque situation, on définit des classes d’emplois (menuiseries intérieures, charpente, ossature, menuiserie extérieure, bardage…)

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bois lamellé-collé

L’assemblage de sciages de petites sections (lamelles), dont on maîtrise la qualité en élimant les défauts, se substitue à l’utilisation de bois massif. Le bois lamellé-collé (BLC) associe des techniques d’aboutage (assemblage des lamelles bout à bout pour obtenir de grandes longueurs) et de la lamellation (assemblage des lamelles à fil parallèle). Ces assemblages sont réalisés par des colles polymères de synthèse (environ 3% de la masse du BLC). L’aptitude au collage du bois dépend de sa porosité, sa densité et son acidité, fonction de son essence.

Précédemment triées pour garantir leur conformité, les lames séchées à un taux d’humidité strict, sont travaillées dans des conditions d’humidité et de température maîtrisées : le BLC est qualifié de produit technique. Non exposé directement aux intempéries, le BLC ne nécessite pas de traitement de préservation. Toutes les formes (dont le cintrage) sont envisageables. Les pièces ainsi obtenues offre une stabilité dimensionnelle et des performances mécaniques contrôlées : poutre de longue portée, poteau et carrelet pour la menuiserie. Par collage entre elles de pièces déjà lamellées-collées, on obtient un bois massif reconstitué (BMR) de plus fortes sections (DUO ou TRIO selon le nombre de plis).

La technique de l’encollage du bois est maîtrisée depuis une centaine d’années. Originalement à base de caséine, les colles aujourd’hui utilisées sont des dérivés de la pétrochimie. Le choix du type de colle dépend surtout de l’exposition de la pièce aux intempéries. Les colles fortes, dites de menuisier, sont des résines phénoplastes (phénol-formol, PF, résorcine-formol, RF) et des résines aminoplastes (urée-formol, UF, mélamine urée-formol, MUF). Elles sont émettrices en formaldéhyde, un COV. On utilise aussi des colles polyuréthane, qui n’émettent pas de formaldéhydes. Une grande partie des travaux de recherche et développement porte sur l’usage de résines très faiblement émettrices, sous les valeurs d’émissions naturelles du bois. La formulation des colles est aussi un enjeu pour la fin de vie des bois adjuvantés.

Les essences communément utilisées sont des « résineux » (épicéa, sapin, pins…) dont les caractérisations mécaniques sont maîtrisées et normalisées. Les BLC peuvent être homogènes, constitués d’une même essence, mais ils peuvent aussi être panachés avec des bois de classes mécaniques différentes. Les perspectives d’utilisation des feuillus permettraient d’améliorer les propriétés mécaniques des BLC en jouant sur les différentes performances des essences. Selon la position des lames et la nature de leur bois, la résistance mécanique d’une pièce pourrait être renforcée.

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bois lamellé-croisé

Panneau en CLT (cross laminated timber), panneau de bois massif, panneau massif structurel ou panneau massif contre-croisé, ces dénominations désignent une méthode de composition d’un panneau par empilage de couches successives de bois (les plis), qui emprunte aux techniques du lamellé-collé et du contreplaqué. Croiser les plis (en fonction du sens des fibres du bois) confère au panneau ses qualités mécaniques. Deux couches extérieures parallèles encadrent un nombre de plis alternés impairs. Son principe est apparu dès les années 50 en France.

Ses conditions de fabrication (notamment le taux d’humidité) sont strictement contrôlées. Les essences utilisés est des « résineux », principalement de l’épicéa. Généralement mis en oeuvre à l’abris des intempéries, les panneaux de bois lamellé-croisé ne font pas l’objet de traitement de préservation. Ces panneaux sont utilisés comme mur, plancher et rampant de toiture. Les usines de fabrication sont équipées d’outils pour dimensionner le panneau et y intégrer des découpes intérieures (fenêtre, porte, passage de réseau…). L’élément de construction peut directement sortir de son usine de fabrication aux côtes voulues, prêt à l’assemblage sur chantier. Les grandes marques commerciales sont pour la plupart allemande, autrichienne et finlandaise (KLH, Leno, LignoTrend…). La production de bois lamellés-croisés en feuillu est encore balbutiante (marque Lineazen, CLT en hêtre). Comme pour le BLC, la combinaison « résineux » et feuillus permettrait d’accroître les performances mécaniques de produits techniques hybrides.

Les techniques d’assemblage alternatives au collage consiste à clouer (clous acier ou alu) voire visser des planches fines posées à plat et disposées sur plusieurs couches croisées (bois massif contre-cloué, MHM…). Cet assemblage peut aussi se faire par des éléments en bois de hêtre ou robinier, tourillons (gougeons rainurés) ou chevilles (à section carré), séchées à un taux d’humidité plus faible que les lames à assembler. Les échanges hygrométriques provoquent alors un gonflement des tourillons ou des chevilles qui bloque l’assemblage.

La constitution de panneau en bois massif mono-pli peut se faire par assemblage sur chant de lames, clouées ou tourillonnées.

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CNDB

Comité National pour le Développement du Bois
site internet

composé organique volatil (COV)

Les molécules carbonées, d’origine naturelle ou humaine, libérées facilement sous forme gazeuse à température ambiante et présentant une forte volatilité qui favorise leur dispersion, sont qualifiées de composés organiques volatils (COV). Les carburants, solvants, peintures, résines etc. contiennent ce type de molécule. En 2009, les émissions des industries manufacturières et celles du résidentiel/tertiaire représentent chacune le tiers des émissions humaines nationales de COV. Les effets des COV sur la santé humaine et l’environnement dépendent de leur nature.

L’évacuation des polluants par aération et ventilation des lieux clos est la première des solutions pour assainir l’air intérieur. La réglementation sur les polluants volatils rend obligatoire l’étiquetage des émissions pour les produits de construction et de décoration. Le formaldéhyde, un COV, est classé comme une substance cancérogène, mutagène et toxique pour la reproduction (CMR). Son le potentiel cancérigène est avéré et son potentiel cancérogène est supposé pour l’être humain. Son niveau de classement dans la réglementation implique des seuils limites d’émission qui contraint les processus de fabrication.

Le bois est naturellement émetteur de COV (aldéhydes, terpènes…), caractéristiques de l’odeur des essences. La principale émission des produits en bois provient du formaldéhyde issu des mélanges urée-formol des colles pour panneaux de particules, de fibres, de contreplaqués, meubles, etc. Pour limiter ses émissions, le formaldéhyde peut être conservé dans le produit (absorbeurs ou revêtement-barrière). La substitution par des colles à très faible émissivité est une autre voie pour limiter cette pollution, qui fait l’objet de travaux de R&D sur la formulation de colle bio-sourcées ou de « nouvelle génération ».

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connexes

Les industries du bois (sciage, déroulage et les activités de la deuxième transformation) génèrent des résidus : écorces, chutes de tronçonnage et des débits, sciures, copeaux, etc. Leur humidité dépendra du séchage des bois dont ils proviennent. Ces sous-produits peuvent être exempts de tout traitement chimique mais certains peuvent contenir des composants chimiques qui contenant éventuellement des métaux lourds et/ou des organo-halogénés. Dans ce cas, on les considère comme du bois adjvanté.

déroulage

Avec le sciage, le déroulage constitue une des premières transformations du bois d’œuvre de la filière bois. Cette opération consiste en une découpe pelliculaire du bois en rotation contre un couteau sur toute la longueur de la bille. Celle-ci est ainsi déroulée en une plaque de bois.

Après séchage de ces placages, ils peuvent être empilés : disposés à fil parallèle, l’assemblage forment le lamibois (LVL) ou les poutres reconstituées (parallel strand lumber, PSL et laminated strand lumber, LSL) ; lorsque les fils sont croisés en pli, on obtient des contre-plaqués. Les produits issus du déroulage permettent de constituer des panneaux, des caissons ou l’âme de poutres en I, pour un usage structurel. Ils peuvent aussi être associés à des éléments de sciages. L’obtention de placages peut aussi se faire par tranchage, sciage très fin de la bille dans son plan tangentiel. Les placages, fins, voire translucides, ainsi obtenus sont destinés à l’ébénisterie, pour des usages « nobles ».

énergie grise

La fabrication d’un produit et la gestion de sa fin de vie font appel à des consommations d’énergie. L’énergie grise qualifie cette énergie « embarquée », « cachée », qu’il a fallu puis qu’il faudra dépenser sur toute la vie du produit, en dehors de celle consommée pendant son utilisation.

En l’absence de normalisation, les notions couvertes par ce terme varie selon les auteurs. Sa description fait appel aux méthodes d’analyse de cycle de vie (ACV) qui considèrent une unité fonctionnelle, incluse dans un périmètre, sur une durée de vie, afin d’établir un inventaire modélisant les flux, entrants et sortants, à chaque étape, traduits en impacts environnementaux. Une des façons de la définir revient à calculer l’énergie-procédé non renouvelable du produit.

Pour aller plus loin

  • L’énergie grise des matériaux de construction, Guide Biotech, ARENE-ICEB

énergie-matière

Dans le produit, l’énergie-matière (ou feedstock) caractérise une énergie stockée dans le matériau, jusqu’à sa fin de vie. Elle décrit un prélèvement sans destruction de matière.

En utilisant l’énergie du soleil, le processus biologique de croissance végétale « incorpore » naturellement à la matière bois une quantité d’énergie. L’énergie-matière du bois se traduit par son pouvoir calorifique, dont la qualité dépendra essentiellement de son humidité. Il s’agit donc d’une énergie récupérable, après opération pour sa transformation en combustible (broyage, séchage…). L’énergie-matière de produits bois manufacturés tient aussi compte d’une part non renouvelable, due aux colles par exemple, qui reste toutefois minime.

énergie-procédé

Les opérations de transformation et de transport des éléments entrant dans le périmètre du système étudié nécessitent des apports d’énergie. Cette quantité consommée, non récupérable, est qualifiée d’énergie-procédé

La part de l’énergie-procédé non renouvelable permet de quantifier la quantité de ressources non renouvelables consommées sur le cycle de vie du produit.

FCBA

Institut Technologique Forêt Cellulose Bois-construction Ameublement
site internet

multifonctionnalité

Consacré après le sommet de Rio en 1992 et utilisé pour qualifier un modèle de développement agricole, le terme de multifonctionnalité s’emploie aussi dans les politiques forestières. Le concept de multifonctionnalité part du constat que la forêt exploitée rend plusieurs services écosystémiques et fournit tout un ensemble d’aménités, biens non marchands, propres au territoire, qui fondent sa spécificité. La multifonctionnalité recoupe plusieurs dimensions : aspect paysager, réserve de biodiversité, rôle dans l’atténuation du changement climatique, accueil de loisirs et production de matières. Raisonner selon les dimensions multifonctionnelles permet de considérer les possibles conflits d’usage et leur mode de résolution.

Son principe est au cœur d’un protocole d’accord dans le cadre du Grenelle de l’environnement, signé entre France Nature Environnement (FNE), Forêt Privée Française, la FNCOFOR et l’ONF : Produire plus de bois tout en préservant mieux la biodiversité. Cette « démarche territoriale concertée dans le respect de la gestion multifonctionnelle des forêts » vise à répondre aux enjeux de mobilisation du bois dans le contexte de changement climatique et de raréfaction des ressources énergétiques.

En matière de politiques agricoles et rurales, le concept a suscité de nombreux débats dans le cadre des réformes de la politique agricole commune européenne (PAC). Il n’a pourtant pas fait l’objet d’une définition précise partagée par les protagonistes. Appliqué à « la forêt », il permet, de la même manière, de mettre en évidence certaines dimensions, sans rechercher pour autant une définition précise. Parmi les aspects les plus importants, on peut considérer : la définition des service éco-systémiques rendus par la forêt ; la demande sociale des populations, locales ou non, en direction des espaces forestiers ; le mode d’organisation des acteurs pour la préservation de ces aménités ; leur contribution à des dynamiques de développement qui justifient des politiques publiques pour les soutenir. La faisabilité d’un tel modèle repose sur une étroite cohérence entre les politiques de mobilisation raisonnée du bois et celles de préservation de l’éco-système forestier.

Le terme est utilisé dans le projet de loi d’avenir sur l’agriculture, l’alimentation et la forêt (adopté par le sénat en juillet 2014) pour qualifier le « potentiel formidable » de la forêt française, appuyé sur les trois piliers du développement durable (économique, environnemental et social). Cette loi propose de « développer la gestion durable et multifonctionnelle des forêts ». La loi d’orientation sur la forêt du 9 juillet 2001 a consacré cette multifonctionnalité des forêts en insistant sur une approche durable de leur gestion qui « garantit leur diversité biologique, leur productivité, leur capacité de régénération, leur vitalité et leur capacité à satisfaire, actuellement et pour l’avenir, [toutes leurs] fonctions pertinentes ». La loi forestière de 1985 en déclinant des Orientation Régionales Forestières a contribué à introduire cette notion. Au niveau européen, le rapport « L’Europe de la forêt » commandée par le Parlement (Eurofor, 1994) a posé les prémices d’une vision commune de l’avenir forestier en insistant sur ce principe.

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panneau de process

Issus de la trituration, ces panneaux dérivés du bois utilisent diverses niveaux de déchiquetage : copeaux, particules ou fibres. Ils sont fabriqués sur des lignes de production fonctionnant en continu. On les distingue selon leur fonction, isolante ou structurelle.

Les produits isolants à base de fibre sont conditionnés en plaques, en rouleaux ou en vrac, destiné à être insufflé. Cette laine de bois est agglomérée par un liant (synthétique de type paraffine ou biosourcés). Des adjuvants ignifuges, insecticides et fongicides peuvent être ajoutés. Les panneaux structurels se distinguent entre les panneaux de grandes lamelles orientées (OSB), les panneaux de particules agglomérées et les panneaux de fibre. Ceux-ci peuvent associer d’autres matériaux ligno-cellulosiques (pailles de céréales, lin, chanvre…). Les panneaux de fibres sont classés selon leur densité.

Les panneaux obtenus par feutrage des fibres du bois peuvent être agglomérés selon un procédé humide qui utilise les propriétés adhésives de la lignine. Les procédés à sec utilise des résines organiques du même type que celles utilisées pour le BLC (panneaux d’OSB, panneaux de particules, panneaux de fibres « MDF »…). Les panneaux de fibres peuvent aussi incorporer des liants minéraux (plâtre, ciment…).

point de saturation

L’arbre sur pied peut contenir plus d’eau que de bois. A l’abattage, le bois « vert » est saturé d’eau : l’élimination de l’eau libre, circulante dans les vaisseaux, est la phase de ressuyage du bois, sans déformation du matériau. A cette étape, les parois des cellules du bois contiennent encore toute leur eau, l’eau liée : on se situe au point de saturation des fibres (environ 30% d’humidité). En-deçà de ce point, lorsque l’eau liée est éliminée, au cours du séchage, le bois subit un ensemble de déformations.

ONF et Forêt Privée Française

  • Office National des Forêts: Établissement public à caractère industriel et commercial assurant la gestion durable des forêts publiques françaises
    site internet
  • Forêt Privée Française: portail regroupant trois organismes accompagnant les forestiers privés
    site internet

OSB (oriented strand board)

Panneau de lames minces longues et orientées, panneau structural orienté, ces panneau de process sont constitué de grandes lamelles orientées et liées entre elles par un collage organique. Le panneaux d’OSB incorporent environ 5% de résine

Dans les couches extérieures, les lamelles sont orientée dans la longueur du panneau, puis croisées dans les couches interne. Leur propriétés mécaniques les destinent à un usage de contreventement ou comme âme de poutre en I. Les types d’OSB sont classés selon leurs contraintes d’usage et l’humidité de leur milieu de mise en oeuvre. 75% de leur consommation est à destination de la construction.

rémanents

Le bois rémanent désigne tous les résidus de l’exploitation forestière. Cette catégorie provient essentiellement du menu bois que le forestier laisse sur la parcelle après abattage. Non récolté, ce bois mort permet d’alimenter la fertilité des sols et crée un milieu favorable à la biodiversité.

Les menus bois composés de bois juvénile et d’écorce occupent une place centrale dans la formation et la composition de l’humus forestier. Cependant la recherche d’accroissement des volumes mobilisables pousse à exporter cette fraction hors de la parcelle. Il s’agit surtout d’une ressource alimentant la filière bois-énergie. Un prélèvement raisonné tient compte du type de sylviculture, de la fréquence des prélèvements et de la nature du sol pour éviter leur appauvrissement et ne pas compromettre leur structure (sensibilité au tassement). Cette exportation accrue de matière hors des sols forestiers nécessite de comptabiliser la minéralomasse, sans se focaliser exclusivement sur la biomasse, contenue dans le houppier.

Avec ses rémanents, la forêt est aussi une des sources de bois raméal fragmenté (BRF) utilisé pour entretenir la fertilité de sols cultivés, maraîchers notamment : il s’agit là d’un transfert de fertilité de la forêt vers les sols agricoles. Mais les questions énergétiques actuellement en débat ont tendance à éclipser ce mode de valorisation des menus bois.

sciage

La première opération de transformation du bois d’œuvre est l’étape de sciage. Elle consiste à produire dans la longueur de la bille, des volumes dont au moins une face est plane. Les produits du sciage correspondent à des dimensions standards mais peuvent aussi répondre sur demande à un débit sur liste. En tant que premier transformateur, les scieries occupent une position stratégique dans le fonctionnement cohérent de la filière.

Les grumes sont débitées après leur tri, leur écorçage et leur tronçonnage en billes. Ces débits sont définis par les plans de coupe de la scie par rapport aux directions du bois : à chaque façon correspond une qualité de sciage, dont les propriétés mécaniques et la tendance aux déformations varieront selon la position dans la bille de bois, la forme, et selon le type de bois débité (aubier, duramen, bois juvénile, régularité des cernes…). La qualité des pièces de bois est définies par :

  • leurs contraintes de rupture en compression axiale, en flexion parallèle aux fibres et leur module d’élasticité longitudinal en flexion ;
  • leur retrait volumique total ;
  • leur aptitude à être usinée (dureté, régularité, abrasivité) et collée (porosité et chimie) ;
  • leur durabilité naturelle et leur sensibilité propre aux divers agents biologiques de dégradation et leur capacité à être traitées par imprégnation.

Les avivés, de section rectangulaire, directement issus du débit d’une bille ou obtenus après délignage, sont désignés selon leur rapport largeur sur épaisseur (liteau, volige, pour les fines épaisseurs ; planche, bastaing, madrier pour les épaisseurs plus importantes, carrelet, chevron et poutre pour les sections carrées…). Les produits dérivés du sciage se distinguent entre :

  • les planches destinées à un usage temporaire (coffrage, échafaudage…) ;
  • les planches et carrelets destinés à la menuiserie ;
  • les lames pour parquets et bardage ;
  • les bois de structure : sections pour bois de charpente, bois d’ossature, à destination d’une deuxième transformation, notamment pour fabriquer des produits techniques par aboutage, collage etc.

Actuellement, environ 35% des scieries sont spécialisées dans le résineux et 20% dans le feuillu, les autres étant mixtes. Plus de la moitié des scieries françaises scient moins de 2 000m3 par an, elles sont qualifiées de scieries artisanales (souvent mixtes). Ces dernières produisent un peu plus de 5% des sciages français. Les scieries dites industrielles scient plus 6 000m3 par an : elles représentent moins de 20% des scieries françaises. Environ 4% des scieries scient de plus de 20 000m3 par an. 80% des sciages sont des résineux, issus essentiellement des scieries spécialisées, principalement industrielles.

Un des enjeux de modernisation des scieries, pour répondre au premier besoin de qualité de la construction, passent par le séchage et la caractérisation mécanique des sciages. Depuis une dizaine d’années, le volume de sciages de résineux séchés a presque doublé mais ceux de feuillus restent stables. Certaines scieries « semi-industrielles » s’équipent d’unités de séchage souvent via un regroupement d’entreprises. La très grande majorité des sciages est classée mécaniquement par méthode visuelle. Or le classement visuel a tendance à sous-évaluer la performance des bois. L’efficacité et le rendement du classement peuvent être accrus par des machines, dont le niveau d’investissement freine cependant leur diffusion. Ces machines ne sont en outre homologuées que pour quelques essences de résineux.

Le principal outil de production des scieries industrielles de résineux est de type canter-circulaire. Ces lignes nécessitent un investissement assez lourd, rentabilisé par un gros volume de production. La « cantérisation » des scieries participe d’une massification du sciage, gagnant en productivité mais encourageant à raccourcir les cycles forestiers. Cet outil, qui répond à un objectif de qualité standardisée, consomme plutôt des bois de petits et moyens diamètres, avec de fortes exigences sur la courbure et la conicité des grumes. En outre, les projets de chaufferies industrielles dont la forte demande encourage à déchiqueter des bois destinés au BO, se place en concurrence avec le sciage de petit et moyen bois.

La scierie artisanale est une scierie dite « de service », dont l’outil productif est capable de s’adapter à la qualité de bois locale et aux demandes particulières des clients. Ces scieries peuvent se diversifier avec des activités comme le séchage, le rabotage, mais aussi jusqu’à la livraison, le levage… Les scieries plus industrielles incorporent ces activités dans leur chaîne de production pour proposer sur catalogue des types de qualité fixés. Les premières sont en contact direct avec des artisans et les particuliers quand les secondes se portent sur un marché national, voire européen, en direction de négoces et de la grande industrie du bois. Les scieries intermédiaires se positionnent sur ces deux types de marchés, éventuellement en conservant un outil leur permettant plus de souplesse que les lignes de types industriels.

Pour aller plus loin

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sylviculture

systèmes constructifs

On distingue la structure « poteau-poutre », de la structure « ossature » et de la structure « masse ». Le bois peut aussi aisément être associé à l’acier ou au béton.

On fait appel pour le bois de construction à plusieurs types de classement :

  • pour maîtriser le dimensionnement :
    • des classes de services (définies dans l’Eurocode 5) qui concerne un élément de la structure selon l’humidité et la température de son environnement dans le temps, et donne les propriétés mécaniques attendues de la pièce ;
    • un classement structure (machine ou visuel) de la pièce de bois débitée, dont les méthodes sont propres à une essence (chêne, hêtre français…) ou à un groupe d’essences (résineux français, résineux de bois du Nord…).
  • pour maîtriser la durabilité :
    • des classes d’emploi (ou classes de risques) en fonction de l’exposition de la pièce à l’humidité et aux intempéries ;
    • des classes de durabilité naturelle par essences, qui donne la sensibilité du bois aux divers agents biologiques de dégradation. Ce classement permet d’attribuer une classe d’emploi aux essences (hors aubier) sans traitement ;
    • des classes d’imprégnabilité qui donne la capacité à faire subir au bois un traitement de préservation (imprégnation).

Pour aller plus loin

trituration

Transformation des usines de fabrication de panneau de process ou des usines de pâte à papier, la trituration est un procédé de broyage du bois par friction.

Le processus industriel des « panneautiers »consiste schématiquement à écorcer les bois ronds (en vert), broyer la matière puis effectuer un tri selon la granulométrie. Selon leur taille, on qualifiera les fractions du bois de plaquettes, de l’ordre du centimètre, de fibres, millimètriques, ou de farine, micrométrique. Les farines (poussières) sont utilisées comme combustible pour le reste du process (notamment le séchage) et les fibres et plaquettes (appelées lamelles seront réparties selon leur destination dans le panneau (couche extérieure, intérieure, orientation…). L’organisation de ces fractions implique plus ou moins de cohérence, de résistance au produit. Le laminage du matelas, en conditions de pression et température, peut se faire :

  • en milieu humide, et limiter l’apport de liant en utilisant les propriétés de la lignine ;
  • en milieu sec et nécessiter une résine pour coller la matière.

La matière première peut aussi intégrer des connexes de scieries ainsi que des déchets de bois, éventuellement adjuvanté (panneau de particules, dits «agglomérés»).

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