Généralité sur les ponts mixtes en bois

Dans ce chapitre, nous allons d’abord présenter brièvement les atouts du matériau bois pour la construction. Après une revue générale des ponts en bois nous abordons ensuite les particularités concernant les matériaux innovants, les méthodes de renforcement, les connexions, etc…, dont la connaissance est nécessaire pour concevoir des structures hybrides. Nous réalisons enfin des calculs pour évaluer la performance de structures en nids d’abeille en bois, en recherchant l’utilisation optimale de la matière en sollicitation de flexion. Nous montrerons ainsi que la forme en nid d’abeilles, bien que séduisante sur le plan théorique, est trop souple pour les applications de ponts. La solution mixte, dans la continuité des travaux de Pham (Pham 2008) est finalement présentée. Le bois est largement distribué dans le monde. En Europe, et en France particulièrement, les ressources forestières sont abondantes et même en augmentation [source FAO et IFN] (Figure 1.1 et Figure 1.2). En Europe, plusieurs études confirment que la croissance forestière dépasse la récolte dans les pays CEEONU (Figure 1.3). En fait, la croissance dépasse la récolte de manière que, sauf en cas d’augmentation des coupes, les forêts sont susceptibles de subir des impacts négatifs dus à une réduction de la vigueur et une sensibilité accrue vis-à-vis des insectes, des maladies, des tempêtes et des incendies.

Il est à présent communément admis que l’utilisation du bois comme source de matériau renouvelable contribue à réduire l’impact du changement climatique. Le monde scientifique a accepté que le piégeage prolongé de CO2 dans les produits à base de bois forme un puits de carbone (Figure 1.4). La portée de cette figure n’est cependant pas très grande car elle se limite à la comparaison des matériaux entre eux, sans faire état des volumes à utiliser pour les ouvrages, et sans mentionner si la fin de vie du matériau est prise en compte. Il est pourtant préférable de comparer les ouvrages entre eux plutôt que les matériaux, étant donné que, selon leurs caractéristiques mécaniques, ceux-ci seront utilisés à des volumes différents. De plus, si le contenu carbone des matériaux est une donnée utile, elle est insuffisante pour réaliser un bilan objectif, car c’est plutôt en termes de cycle de vie qu’il faut raisonner, c’est-à-dire en intégrant l’ensemble des phases de la vie d’un ouvrage. du bois, le bilan est positif, soit du point de vie CO2, soit du point de vie énergétique. Pour faire un tel calcul, il faut connaître les données liées à chaque élément de la structure, ce qui est possible par une analyse des données des fiches de déclaration environnementales et sanitaires d’éléments de structures (FDES), publiées par le CSTB (base de données INIES). A partir de la FDES d’une poutre de lamellé collé, on peut calculer que le bilan carbone de la phase production du matériau, en sortie d’usine, c’est- à-dire hors transports, pose sur chantier, et traitement en fin de vie, est de -480 kg/m3. Ce chiffre très prometteur pour l’usage du bois, participe au bilan de la poutre lamellé collé sur son cycle de vie. Le point crucial est alors la gestion de fin de vie du bois, ce dernier pouvant être enfoui dans une décharge spécialisée limitant la dégradation du matériau, utilisé comme énergie thermique dans une filière bois- énergie, ou réutilisé dans une autre filière industrielle comme celle des panneaux par exemple.

Essences et microstructure du bois

Les essences du bois peuvent être classées en deux catégories principales : Résineux (ou conifères) et Feuillus. La différenciation se fait sur le système de reproduction, mais aussi sur leur micro structure [Navi, 2005]. Les propriétés au sein d’une même essence subissent des variations d’un sujet à l’autre. La localisation géographique, le climat, les conditions du sol, etc…, influencent la vitesse de croissance du bois et, par conséquent, ses propriétés. La performance du matériau en termes de rapport entre la résistance et la densité est due à la composition microstructurale en cellules du bois. Les cellules du bois se composent de plusieurs couches, comme les structures lamellées. L’angle des microfibres dans la couche S2 (Figure 1.5) joue le rôle principal dans la qualité mécanique du bois. L’augmentation de cet angle fait diminuer la résistance du bois.