Soudage linéaire du bois : étude et compréhension des modifications physico-chimiques et développement d’une technologie d’assemblage innovante, Wood welding by linear friction : investigations and understanding of the physical and chemical modifications and development of an innovative technology

Sous la direction de Antonio Pizzi
Thèse soutenue le 28 mai 2008: Nancy 1
Le soudage par friction linéaire du bois permet de joindre deux pièces en bois en quelques secondes sans utiliser aucun adhésif. L’adhésion est essentiellement due à l’enchevêtrement des fibres de bois bloquées dans une matrice de matériel inter-cellulaire fondu et re-durcit. Mais le mécanisme de la formation de l’interface adhérente, l’influence des paramètres machine et de ceux du substrat sont peu connus. L’objectif de ce travail a donc été d’analyser les différents facteurs influençant les caractéristiques du joint pour comprendre les mécanismes physiques et chimiques mis en jeu lors du processus. La mesure de la température de soudage par thermographie infrarouge a apporté de multiples informations. D’autre part les pièces de bois soudées ont été caractérisées par des observations microscopiques, mécaniques, une étude du comportement à la rupture, des analyses chimiques de l’interface et des fumées. Les résultats ont permis d’élaborer un scénario physico-chimique du développement de la microstructure interfaciale et de le vérifier. Un premier modèle numérique thermique a été élaboré pour le soudage linéaire de Fagus sylvatica. La dernière partie de l’étude concerne la compréhension de l’influence du substrat. Ceci a permis d’aborder les problèmes de variabilité issus de l’essence de bois, de l’anatomie du bois ou encore de l’état de surface. Les bois modifiés et des produits dérivés du bois ont pu être soudés avec succès. Enfin les résultats de la recherche on pu être mis en application à une échelle pré-industrielle soulevant ainsi de nouvelles problématiques scientifiques et techniques mais aussi montrant un grand potentiel d’optimisation de la technologie.
-assemblage bois
Wood welding by linear friction allows bonding of timber in a few seconds without unsing any adhesive. The adhesion is essentially due to the wood fibres entanglements which are embedded in a melted and recured intercellular polymers matrix. But the bonding interphase formation mecanism and the machine parameters and wood substrate influences are not clearly understood. Consenquetly, the goal of this study was to analyse the different factors which are influencing the joint characteristics in order to understand the physical and mecanical process mecanism. Infrared temperature measurements brought several informations on the process. On the other hand the welded joints were caracterized by microscopy, mechanical testing, fracture mechanics, interphase and smokes chemical analysis. The results were used to developp and to verify a physical and chemical scenario describing, in successiv steps, the interphase microstructure formation. A first numerical thermal model for Fagus sylvatica was build allowing the thermal simulation of the process. The aim of the last part of the study is the understanding of the wood substrate influences on the process. The variablity problematics like those due to wood species, wood anatomy or surface quality were investigated. Modified wood and wood panels were successfully welded. The research results were applied in the frame of a preindustrial development. This has reveal new scientific and technical problematics but also a great optimization capacity of this technology.
Source: http://www.theses.fr/2008NAN10025/document