Les feuillus en construction : un potentiel à mieux identifier

Le 26 mai 2016

Alors même que la surface forestière métropolitaine est peuplée à 71% de feuillus, les trois quarts des bois d’œuvre aujourd’hui employés sont issus de plantations de résineux. Face aux ambitions, légitimes et nécessaires, affichées par le secteur de la construction bois, la problématique de valorisation des feuillus français et plus généralement européens constitue plus que jamais un enjeu d’avenir incontournable pour l’ensemble de la filière forêt bois. C’est donc sans surprise que le Forum bois construction, qui a eu lieu à Lyon du 13 au 15 avril, avait consacré à ce thème un atelier.

Depuis l’histoire de l’utilisation des feuillus dans la construction jusqu’aux axes de recherches et aux perspectives futures, en passant par les études ayant déjà permis d’établir les caractéristiques mécaniques de certaines essences, l’atelier du jeudi 14 avril ayant pour thème la valorisation des feuillus européens balayait large. Avec pour commencer, des exemples montrant que les essences feuillus ont toujours tenu une place dans le secteur de la construction bois, même si, comme on le sait cette place n’est pas aujourd’hui à l a hauteur de leur présence au sein de nos forêts contemporaines. C’est ainsi que Julien Lecarme, membre de l’Institut de la charpente et construction bois, a par exemple rappelé dans son introduction que pas moins de 600 chênes avaient été nécessaires à l’édification de la charpente de la cathédrale Notre-Dame, les feuillus ayant par ailleurs été beaucoup utilisés dans le cadre de la construction navale.
Inscrire les feuillus dans l’axe d’une ambition d’avenir telle que les bâtiments bois de grande hauteur est déjà une réalité, comme tend à le démontrer l’exemple d’une entreprise telle que Lineazen : cette startup industrielle française, dont la spécialité est la production de CLT (bois massif lamellé-croisé) en hêtre de France et en bambou, a reçu en janvier dernier l’agrément technique CSTB sans limite de hauteur pour son procédé constructif bois unique consistant en la mise en œuvre de caissons de hêtre lamellé-croisé contrecollé assurant structure et isolation, avec une très haute résistance mécanique. Olivier Kracht, président de Lineazen, présentait à l’occasion de cet atelier, en compagnie de Thomas Richez, du cabinet d’architectes Richez associés, le projet Skywood de tours de grande hauteur en bois, avec la présentation d’une étude portant sur une tour de 35 étages à base de CLT de hêtre. «Le choix du hêtre provient de sa résistance mécanique naturelle ainsi que de sa disponibilité», explique Olivier Kracht. «L’un des bénéfices du CLT de hêtre étant par ailleurs qu’il permet de réaliser une économie de 20% au niveau du volume de bois mis en œuvre. Au niveau de la résistance en compression axiale, on se situe à + 19% par rapport à la classe de résistance C 24.»

Un chêne parfois mésestimé

Parmi les 71% de feuillus peuplant le territoire métropolitain, le chêne représente pas moins de 27%. Il apparaît donc qu’un enjeu d’avenir consiste à mobiliser le potentiel disponible de la ressource en chêne de qualité secondaire pour des usages constructifs. Une partie de l’atelier du 14 avril était justement consacrée à la caractérisation des performances mécaniques du chêne.
Dans un marché de la construction habitué à l’utilisation de produits parfaitement élaborés, normés et certifiés, l’utilisation d’un bois présentant des caractéristiques aléatoires, tel que le chêne, peut être problématique. Pour le calcul des structures en bois, il convient d’appliquer les méthodes décrites dans l’Eurocode 5. L’application de ces méthodes oblige les prescripteurs à utiliser du bois classé, à savoir du bois appartenant à une certaine classe mécanique au sein de laquelle les propriétés mécaniques sont garanties.
De récentes études ont montré que les propriétés mécaniques du chêne de qualité secondaire sont intrinsèquement suffisantes pour qu’il puisse être employé en structure, mais que son classement pour la résistance par la méthode visuelle conduit à une forte sous-estimation des propriétés mécaniques réelles. En effet, un certain nombre de paramètres affectant négativement le comportement mécanique ne sont pas visibles à l’œil nu.
Dans le cadre du programme de recherche ClaMeB (Classement mécanique du bois – projet ANR), plusieurs lots de bois ont été testés de manière destructive par FCBA selon l’EN408, après avoir été testés de manière non destructives par des machines basées sur la mesure du module élastique par méthode vibratoire, ultrasonore, et un scanner optique mesurant localement la densité des rayons X et l’inclinaison des fibres par imagerie laser. Parmi les lots de bois testés figuraient 400 sciages de chêne et 437 d’épicéas.
Il ressort notamment de cette étude que les trois quarts du chêne testé qui auraient dû être classés D24 voient leurs propriétés sous-estimées, tandis que concernant l’épicéa, la machine de classement vibratoire permet de classer 53% des sciages en C24, pour une valeur optimale de 58%. On remarque donc que l’efficience des machines de classement basée sur la mesure du module élastique est très faible pour le chêne, alors qu’elle est très performante pour l’épicéa. Et, plus généralement, l’utilisation directe de machines de classement développées majoritairement par les pays leaders d’Europe du Nord, donc essentiellement pour l’épicéa, pose problème pour valoriser les essences françaises plus hétérogènes telles que le chêne.
La conclusion de cet atelier est que le principal obstacle au développement de l’usage du chêne en construction réside à l’heure actuelle dans les moyens permettant de classer les sciages de manière non-destructive, car les machines de classement ont jusqu’à présent été développées principalement pour les résineux. Ce machines ne peuvent être utilisées directement pour le chêne, car elles sont souvent basées sur des mesures de module élastique et de masse volumique, alors que le chêne présente la spécificité d’avoir une résistance très peu corrélée avec ces grandeurs. Il apparaît donc nécessaire de trouver un autre moyen de prédire la résistance, et la mesure locale de l’inclinaison des fibres autour des nœuds apparaît comme la solution la plus prometteuse. Dans cette perspective, l’Ensam de Cluny, en collaboration avec LE2I, développe des moyens de mesure de l’angle des fibres adaptés au cas des feuillus et au chêne en particulier. Ces recherches se poursuivent pour vérifier l’efficacité de la mesure locale de l’inclinaison des fibres sur la prédiction de la résistance en flexion du chêne.

La recherche en marche

Les grands axes d’innovation et de recherche appliqués aux feuillus n’étaient bien sûr pas oubliés, et ont fait l’objet d’une intervention de Frédéric Pichelin, de la Haute école spécialisée bernoise située à Bienne (Suisse). Il a tout d’abord rappelé que si le stock de feuillus européens est actuellement évalué à 15 milliards de m3 (contre 20 pour les résineux), les changements climatiques observés ces dernières années influencent fortement la sylviculture, et les spécialistes constatent un accroissement régulier du stock de feuillus.
De nombreux projets de recherche portant sur une meilleure valorisation des feuillus ont été menés ces dernières années. Ces projets se sont concentrés sur les essences représentant une forte biomasse, en particulier, le hêtre, le chêne, le frêne, le châtaignier et le peuplier. Ces projets ont permis de mettre en évidence des propriétés mécaniques intéressantes, en particulier pour les bois de chêne, de hêtre et de frêne. Des projets de construction ont été réalisés avec ces essences, mais il s’agit avant tout de projets pilotes et l’utilisation des feuillus dans le domaine de la construction reste encore marginale.
Des recherches visant à améliorer les propriétés physiques de certains feuillus ont également été menées. Le traitement thermique appliqué au bois de hêtre ou au peuplier permet par exemple d’améliorer considérablement certaines propriétés physiques et optiques. Dans le domaine de la bioraffinerie, des travaux de recherche ont mis en évidence la possibilité de valoriser la lignine de bois feuillus. La technologie d’extraction appliquée au bois de châtaignier a démontré la possibilité d’extraire des tanins utilisables dans le domaine des adhésifs ou des mousses biosourcées. Ces dernières technologies ont prouvé leur potentiel à l’échelle du laboratoire, mais leur application à l’échelle industrielle reste très limitée.
Il fut aussi question de l’initiative européenne EHIA «European Hardwood Innovation Alliance», traduisez «Alliance européenne pour l’innovation dans les feuillus», dont la création (en cours) permettra de mieux coordonner les efforts en matière de recherche, en regroupant les connaissances scientifiques actuelles afin de générer une base de données destinée à générer de nouvelles applications. L’originalité de cette initiative réside dans le fait que des groupes de recherche européens et des partenaires industriels mettront leur savoir-faire en commun au service des bois feuillus. Afin de générer un maximum d’innovation, cette initiative couvrira tous les domaines d’application déjà établis pour les résineux. Ces domaines sont classés au nombre de 16 et vont des constructions intelligentes au thème «bois feuillus et société», en passant par l’utilisation des feuillus en façades, l’aménagement intérieur, l’ameublement, les produits dérivés bois, les nouveaux matériaux et fibres, la chimie verte, les produits domestiques, la mobilité, les utilisations «intelligentes» des feuillus hors filière bois, les ressources, la mobilisation de la biomasse, les stratégies d’aménagement forestier, la sylviculture et les marchés.
Cette initiative est inscrite dans un contexte de recherche européen, sous la direction d’Innawood et en étroite collaboration avec l’Institut européen de la forêt (EFI). La durée de cette démarche (fin prévue en 2025) garantira aux acteurs scientifiques et industriels la mise en place de collaborations à long terme, facteur clé dans le contexte de développement de nouveaux produits ou technologies.

Stéphane Jardin