Un bois qui se façonne tout seul

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Les éléments de construction en bois qui se plient de manière programmée pourrai

Les éléments de construction en bois qui se plient de manière programmée pourraient donner un élan sup-plémentaire à la construction en bois. Photo : Tour Urbach. Image: ICD/ITKE Université de Stuttgart

Des chercheurs de l’ETH Zurich, de l’Empa et de l’Université de Stuttgart présenteront une méthode permettant de modeler des panneaux de bois selon une forme préalablement calculée dans un processus de séchage contrôlé sans force mécanique.

Le bois est une ressource renouvelable et populaire en tant que matériau de construction durable. Cependant, les conceptions architecturales plus complexes avec des structures courbes ou torsadées sont de plus en plus difficiles à construire en bois. Pour déformer le bois en conséquence, il faut des machines grandes et énergivores pour presser les éléments de construction dans la forme souhaitée.

Dans une étude publiée dans Science Advances, des chercheurs de l’ETH Zurich et de l’Empa montrent comment de tels procédés complexes de formage mécanique pourraient être évités à l’avenir. En collaboration avec des collègues de l’Université de Stuttgart, ils ont développé une approche dans laquelle des éléments de construction en bois massif se plient eux-mêmes et sans forces extérieures dans une forme prédéfinie.

Le processus d’auto-formation est basé sur le gonflement et le rétrécissement naturels du bois en fonction de sa teneur en humidité : Lorsque le bois humide sèche, il se contracte plus perpendiculairement à la direction des fibresque dans le sens de la longueur. Cette déformation n’est généralement pas souhaitable. Les chercheurs utilisent toutefois cette propriété de manière ciblée en collant deux couches de bois de manière à ce que leurs fibres soient orientées différemment. La planche en bois appelée "Bilayer" avec sa structure à deux couches est la pièce maîtresse de la nouvelle méthode.

"Quand le taux d’humidité de la bicouche baisse, une couche rétrécit plus que l’autre. Comme les deux couches sont solidement liées entre elles, le bois se plie ", explique Markus Rüggeberg, collaborateur de l’Empa et de l’ETH, qui a dirigé l’étude. En fonction de l’épaisseur des couches, de l’orientation des fibres et de la teneur en humidité, les scientifiques peuvent maintenant utiliser un modèle informatique pour calculer comment l’élément de fondation se déforme pendant le séchage. Les chercheurs appellent ce processus "programmation du bois".

Une fois qu’une bicouche a pris sa forme cible, elle peut être collée à d’autres bicouches de la même forme, ce qu’on appelle le laminage en termes techniques. De cette façon, l’équipe de recherche atteint les épaisseurs de matériau nécessaires à l’application pratique comme bois lamellé-collé, qui se compose toujours de plusieurs couches. Un élément de construction en bois ainsi fabriqué reste dimensionnellement stable malgré les variations de l’humidité ambiante.

"Notre approche permet différents rayons de courbure et des formes polyvalentes. La programmation du bois ouvre ainsi de nouvelles possibilités architecturales pour ce matériau de construction disponible dans la région et renouvelable", explique le premier auteur de l’étude, Philippe Grönquist, qui travaille également dans les deux institutions et a consacré sa thèse de doctorat à ce thème. Les chercheurs ont déposé une demande de brevet pour leur méthode.

La tour Urbach, d’une hauteur de 14 mètres, se compose de douze panneaux d’épicéa, eux-mêmes constitués de plusieurs bicouches de 5 mètres de long. Image : CD/ITKE Université de Stuttgart

La tour Urbach est un bon exemple de la manière dont cette technologie convient aux grands bâtiments en bois. Il s’agit du premier bâtiment en bois au monde composé de grands éléments autoportants. La tour de 14 mètres de haut a été construite en mai 2019 en collaboration avec des architectes et des ingénieurs de l’Université de Stuttgart et de l’entreprise suisse de construction en bois Blumer-Lehmann, pour servir de point de repère lors du salon des jardins de Remstal près de Stuttgart.