L'ARBRE ET LA FORET
A - La cellule végétale et ses différenciations
C - Mécanisme de la formation du bois
D - La structure du bois et ses variations
Dans toute fabrication, une connaissance aussi précise que possible des propriétés des matières employées est indispensable pour comprendre et au besoin pallier les difficultés de leur mise en oeuvre.
Dans l'ameublement cette mise en oeuvre s'exerce, à notre époque, sur des matériaux traditionnels (qui n'ont pas toujours été l'objet d'une étude rationnelle) et sur un nombre croissant de produits synthétiques dont certains, d'origine récente sont encore fort peu connus.Les quantités sur lesquelles portent les fabrications de série et, par suite, les pertes qui résulteraient d'expériences malheureuses, nous invitent donc à acquérir une solide information, d'une autre nature que l'intuition du métier qui pouvait peut-être suffire à d'autres époques. Cette information doit permettre d'éviter certaines erreurs ou certains tâtonnements par l'adoption, sans parti pris, des techniques les plus rationnelles.
Le bois est fourni par des milliers d'essences ligneuses que nous appelons communément arbres.
Chacun de nous sait que la tige (ou tronc, ou fût) est fixée au sol par les racines dont l'ensemble forme la souche et qu'elle se termine par la cime ou houppier, c'est-à-dire l'ensemble des branches (maîtresses branches, rameaux et ramules) .
Les racines assurent la nutrition par le sol (formation de la sève brute ou montante).
La cime, porteuse de feuilles, assure grâce à celles-ci la partie de la nutrition puisée dans l'air.
L'arbre, lorsqu'il pousse isolément, acquiert une forme bien caractéristique de l'espèce (boule, pyramide, fuseau, etc......)Lorsqu'il pousse en forêt, au contraire, sa forme se trouve modifiée par les conditions de la végétation en forêt.
Il existé donc une forme spécifique et une forme forestière celle-ci étant parfois fort différente de la première (exemple : la forme allongée du tronc des arbres de haute futaie).
Dans une forêt, on distingue une série d'étagés :
1°- l'étage dominant formé par les essences qui ont rapidement pris de la hauteur. Ce sont les essences de lumière.
2°- l'étage dominé formé d'arbres plus petits ou d'arbrisseaux poussant sous le couvert des essences de lumière.
3°- le tapis végétal ou couverture vivante formé, suivant la nature du sol et le climat de genêts, de bruyères, de graminées, de fougères, de mousses
4°- la couverture morte (feuilles brindilles) qui retient l'eau un peu comme une éponge et forme un engrais permanent pour la forêt
5°- l'humus ou terreau qui restitue au sol une partie des éléments qui y ont été puisés.
Les arbres des forêts n'ont que deux origines : les "brins de semence" issus de graines et les "rejets de souches" qui proviennent du développement de bourgeons dormants sur les souches, après abattage. Tandis que certains
arbres se régénèrent uniquement par semis ( les résineux par exemple) d'autres sont susceptibles de se reproduire indifféremment par semis ou par rejets de souches. Parfois, des bourgeons peuvent se développer sur les racines :
c'est le drageonnage s'apparentant au rejet de souche (ex : drageonnage du robinier faux acacia).Lorsque ce peuplement se constitue au hasard, il donne naissance à la forêt spontanée ou forêt sauvage. C'est la forme primitive de la forêt. Elle est difficile à exploiter et bien loin de présenter le rendement maximum.
Pour augmenter ce rendement ou pour obtenir des bois d'une qualité particulière l'homme à été conduit a diriger la formation et la croissance de la forêt. Peu à peu toutes les forêts deviennent ou deviendront des
forêts aménagées.Il n'est pas dans notre programme d'étudier les principes de la sylviculture. Nous nous bornerons à rappeler que deux régimes essentiels peuvent être appliqués à la forêt : la futaie et le taillis.
En principe une futaie se régénère par semis et donne des sujets identiques à fûts uniques qu'on laisse croître longtemps tandis que le taillis est obtenu en coupant les souches avant qu'elles aient perdu la faculté de rejeter, soit tous les dix, vingt ou trente ans. Les sujets sont plus petits et plus irréguliers.Entrons un peu plus dans le détail.
S'obtient par un semis, isolé ou par paquets (en brosse). En grandissant, ce semis devient fourré, puis par élagage naturel des branches basses le fourré devient successivement le gaulis, le perchis, le haut perchis, la jeune futaie, la haute futaie, la vieille futaie. Suivant le climat et le terrain on détermine la durée de "révolution" c'est-à-dire de la période au bout de laquelle la futaie doit être renouvelée. Pour fixer les idées, imaginons une forêt de 150 hectares devant être exploitée en futaie sur une révolution de 150 ans. On la supposera divisée en 150 lots d'un hectare chacun. Dans l'un on trouve des arbres d'un an, dans le suivent des arbres de 2 ans, et ainsi de suite, hectare par hectare. Dans le dernier on pratiquera un nouveau semis après l'abattage et la rotation continuera. En fait on fera beaucoup moins de lots. Au lieu de 150 lots d'un hectare, il est plus vraisemblable d'imaginer 10 lots de 15 hectares chacun ou même 5 lots de 30 hectares, le premier renfermant des arbres de 1 à 30 ans, le second de 31 à 60 ans etc....
En effet les semis ne réussissent pas toujours et doivent parfois s'échelonner sur plusieurs années, de même que les coupes. Chacun des lots s'appelle une affectation.
Dans chaque affectation, au cours de la formation de la futaie doivent s'effectuer; dès là formation du gaulis , des coupes de nettoiement et d'éclaircie. Tout doit être conduit de façon à obtenir, à 150 ans du semis, un maximum d'arbres présentant le de qualités. Ce mode de traitement de la futaie est dit : futaie pleine ou régulière. Il donne des arbres au fût élancé, cylindrique. Le sol se fertilise. Mais au moment de l'abattage le sol est complètement dénudé (assèchement, risque de dégradation par érosion en montagne). On ne conseille pas cette exploitation dans les pays de Climat rude. Le traitement en futaie jardinée ou irrégulière donne un peuplement dans lequel les arbres de tous âges sont confusément mêlés par bouquets sur toute la surface. Un semis peut voisiner avec un bouquet exploitable ou un perchis ou nu fourré.
Les arbres obtenus sont moins élancés, les soins culturaux plus difficiles, mais par suite des étages différents, l'ensoleillement est meilleur et la formation du bois activée. Le sol n'est jamais découvert, l'action du vent est moins néfaste. Les insectes, qui attaquent les bois d'un âge déterminé se multiplient moins dans la forêt jardinée où les âges sont mélangés.
La futaie étant le mode d'exploitation qui fournit les meilleurs bois de menuiserie et d'ébénisterie, nous développerons moins la description de l'exploitation en taillis. Le régime du taillis comprend lui aussi, plusieurs
traitements:le taillis simple ou régulier où l'on abat à chaque révolution toutes les tiges de la coupe qui se renouvelle par les rejets et les drageons. Les souches qui meurent sont remplacées par des brins de semence provenant des graines apportées par le vent, les oiseaux ou volontairement plantées. Le taillis sous futaie consiste à faire des réserve à chaque coupe, on trouve donc des arbres ayant entre une et deux fois la durée de révolution (baliveaux), entre deux et trois fois (modernes), entre trois et quatre fois (anciens), quatre et cinq fois (bis anciens) et plus de cinq fois (vieilles écorces).
A - LA CELLULE VÉGÉTALE ET SES DIFFÉRENCIATION
Au point de vue physiologique on peut considérer le bois comme un ensemble de tissus conduisant la sève d'un bout à l'autre du végétal grâce à sa porosité.
Tandis que dans les plantes inférieures (champignons, algues) le passage de la sève se fait simplement par osmose (1) d'une cellule à une autre, on trouve déjà dans les mousses, plus évoluées, des cellules spécialisées et, chez les végétaux feuillus ou résineux que sont les arbres, le bois forme la majeure partie de la plante.(1) osmose - phénomène de passage de certaines solutions au travers de parois minces.
Une coupe mince ,au point d'être transparente, dans une tige jeune, révèle à l'examen microscopique l'existence de cellules, petites cases remplies d'une matière visqueuse en perpétuelle évolution, le protoplasme ou cytoplasme dans lequel on discerne un noyau plus condensé
A l'origine les cellules sont identiques. Leur paroi est formée de cellulose.
Entre les membranes de cellules contiguës se trouve une lamelle mitoyenne contenant des produits gommeux.
Une cellule se reproduit par division. Les cellules mortes sont celles qui ne contiennent plus de protoplasme.
Les cellules se modifient pour remplir des fonctions déterminées.
On appelle tissu un ensemble de cellules spécialisées pour
une même fonction.
Ainsi certaines cellules s'allongent beaucoup et par disparition de parois
de séparation forment des vaisseaux ou canaux (tissu.
vasculaire).
Chez d'autres les parois s'épaississent en s'imprégnant de certaines substances telles que la lignine, élément caractéristique du tissu fibreux et du sclérenchyme (parties dures du bois ). Les cellules ainsi imprégnées sont dites lignifiées ou sclérifiées
Pour bien comprendre la structure du bois il faut imaginer 3 coupes (correspondant d'ailleurs à 3 aspect sous lesquels se présente fréquemment le bois mis en oeuvre).
On peut ainsi voir que le bois est essentiellement formé : .
1° de vaisseaux
2° de fibres et de cellules de sclérenchyme
3° de cellules de réserve .
4° de cellules réserve
1° Les vaisseaux. De calibre relativement fort, souvent visibles à oeil nu, ils apparaissent comme des trous sur la coupe transversale, comme des sillons sur une coupe radiale ou une coupe tangentielle.
Ils sont formés par des cellules mortes, superposées, dont les cloisons mitoyennes ont disparu (vaisseaux parfaits) ou subsistent partiellement (vaisseaux imparfaits).
Leurs parois sont épaissies par des incrustations formant des dessins variés. Les caractères de ces épaississement, qui maintiennent le calibre du vaisseau un peu à la façon des ressorts dans certains tubes de caoutchouc, sont une indication précieuse pour la discrimination botanique des espèces. C'est ainsi que, suivant la forme des épaississements on distingue :des vaisseaux annelés
" " spiralés
" " spiralo-annelés
" " doublement spiralés
" " réticulés (les épaississements rappellent les dessins qu'on voit sur certains fruits comme la coloquinte, mais ces épaississement sont intérieur à la paroi) des vaisseaux rayés
" " ponctués.
Dans ces derniers l'épaississement de la paroi est quasi-total n'épargnant que de petites surfaces circulaires de la paroi
Les bois résineux présentent des éléments ponctués spéciaux
a) ils sont imparfaits, c'est-à-dire cloisonnés transversalement à diverses hauteurs.
b) leurs ponctuations sont d'un type spécial dit aréole.
C'est dans la partie centrale de 1a ponctuation aréolée que s'effectue pas osmose le passage de la sève. Ce sont les trachéides
Les mêmes, vaisseaux ne servent pas indéfiniment.
Au bout d'un certain nombre d'années, variable avec l'espèce, ils ne renferment plus que de l'air. Les cellules vivantes voisines exercent une pression qui fait parfois éclater les ponctuations et les vaisseaux se trouvent envahis par ces prolongement des cellules.
Ce sont les thylles, qui, dans certaines espèces (tilleul,
robinier faux acacia) finissent par obstruer les vaisseaux.
2° Les fibres et le sclérenchyme (tissus de soutien)
Le sclérenchyme est également lignifié mais est
constitué par des cellules polyédriques et non par des seaux
comme les fibres.
Il constitue également avec une orientation radiale, les rayons médullaires.
Tissu sécréteur: la transformation de ces produits de nutrition non utilisés par la plante et devenant par conséquent des matières d'excrétion, s'effectue dans des cellules ou des canaux, rares dans certains bois, abondants par contre chez les conifères. Ces produits latex, gommes, résines, baumes, essences etc ...., sur lesquels nous reviendrons sont souvent très intéressants (térébenthine, laque de Chine, latex de l'hévéa, baume du Pérou), mais les dimensions considérables des cellules ou canaux sécréteurs posent des problèmes pour le travail et l'utilisation des bois qui en sont pourvus.
Ces différents tissus et notamment les vaisseaux et les fibres se groupent pour former des faisceaux ligneux. Bien distincts quand la tige est jeune, les faisceaux ligneux sont séparés par des bandes de parenchyme formant les rayons médullaires. Quand la tige s'épaissit les faisceaux sont moins distincts, car les cellules des rayons médullaires épaississent également leurs parois et tranchent moins sur le bois environnant.
C - MÉCANISE DE LA FORMATION DU BOIS
Quelques schémas vont vous montrer, maintenant, le mécanisme de formation du bois.
Le liber qui conduit, par des vaisseaux spéciaux la sève, après son élaboration au niveau des feuilles, adhère par la suite à l'écorce.
La moelle est formée de cellules laissant des vides importante entre elles.Les rayons médullaires sont formés de cellules de parenchyme alignées dans le sens radial.
Cette structure primaire est celle dune plante dont la graine a 2 cotylédons. La plupart des arbres appartiennent à ce type de plante (dicotylédone). Chez les monocotylédones, comme le palmier, les faisceaux libéroligneux ne forment pas un cercle régulier dans le cylindre central, mais sont éparpillés dans celui-ci.
Dans le schéma suivant nous abandonnons la représentation de l'écorce, par simplification
Ce sont les formation
secondaires (bois
secondaire, liber secondaire) qui refoulent les formations primaires,
à savoir le bois primaire vers le centre et le liber secondaire
vers l'écorce.
Entre les faisceaux libéro-ligneux cette
cette assise génératriceque l'on appelle aussi le cambium
peut donner soit du bois et du liber secondaire, soit du parenchyme qui
accroîtra la longueur des rayons médullaires primaires.
Le schéma suivant (fig.15) montre la structure d'une tige de 3 ans vue en coupe transversale et la figure 16, demi schématique représente cette structure en perspective
D - LA STRUCTURE DU BOIS ET SES VARIATIONS
Chaque année le cambium produit donc des formations secondaires, en anneaux concentriques. Les limites de ces anneaux sont nettes dans certains bois. En effet, au printemps il se forme un bois riche en vaisseaux qui assure le transport d'une sève abondante. A la fin de l'été et en automne il se forme un bois où les fibres dominent et, en hiver, la multiplication cellulaire est quasiment nulle dans nos régions. La différence entre le bois de printemps poreux et clair et le bois d'automne compact et foncé par suite d'une lignification importante permet de compter les cernes annuels et donc de connaître l'âge d'un arbre.Dans les régions tropicales il n'y a pratiquement pas de saison froide. Les variations de structure sont liées aux périodes de pluies, en nombre variable. Il n'est plus possible dans ces conditions d'évaluer l'âge en fonction des zones d'accroissement.
Irrégularité des cernes annuels.
A compter du bois primaire, donc du centre de l'arbre, l'épaisseur des cernes va en augmentant, passe par un maximum et décroît ensuite. Cela correspond à l'importance de la circulation de la sève, elle-même liée à l'augmentation puis à la stabilisation de la surface feuillue.Une deuxième cause d'irrégularité dans l'épaisseur des couches annuelles provient des variations climatiques (chaleur et humidité) plus ou moins favorables à la végétation.
L'exploitation forestière joue aussi un rôle. Ainsi lés arbres réservés dans un taillis sous futaie forment des couches plus épaisses dans les années qui suivent la coupe du taillis (aération meilleure ainsi que l'ensoleillement).
Enfin l'épaisseur des couches annuelles varie encore suivant les essences : si l'on trouve des cernes de 1 où 2 centimètres chez le saule ou le peuplier, on trouve des cernes de quelques centièmes de mm dans les vieux orangers, les buis et les ifs.
A la structure et à l'aménagement des couches annuelles se rattachent deux notions importantes sur lesquelles nous reviendrons : l'homogénéité et la texture.
Un bois est homogène lorsqu'il y peu dé différence entre les bois de printemps et d'été (ex : charme, hêtre, sycomore, chêne vert, noyer.). Il est hétérogène lorsque la zone poreuse du bois de printemps se différencie nettement du bois d'été, dur compact et, foncé (ex : châtaignier, frêne, faux acacia).
La texture est liée au rapport entre la largeur du bois d'été et la largeur totale des cernes.
Chez les résineux poussant vite les couches annuelles sont larges et formées surtout de bois de printemps. Leur texture est donc faible.
Au contraire, les résineux de montage ou des pays nordiques poussés lentement présentent des cernes peu épais dans lesquels domine le bois d'été. Ils ont donc une texture forte.
C'est exactement l'inverse chez les bois feuillus. Les Chênes, ormes ou frênes à croissance rapide présentent dans des cernes larges une forte proportion de bois d'été. Ils ont une texture forte sont parfois difficile à travailler, ceux au contraire qui poussent lentement (en grandes futaies par exemple) sont plus légers, plus tendres, plus facile à travailler.
E - RAPPORTS ENTRE L'ANATOMIE DU BOIS ET SES PROPRETÉS
1 - Les fibres simples ou cloisonnées jouent un rôle de soutien. Les usagers considèrent le tissu fibreux comme fondamental. Mais en général ils désignent sous le nom de fibres, des paquets des faisceaux de fibres. Ce sont des faisceaux qui sont longs dans un bois comme le frêne ou courts dans le hêtre ou le pommier.
-Dans les bois feuillus, l'épaisseur des parois des fibres conditionne la dureté le chêne, l'olivier ébène, buis, l'azobé ont des fibres à parois très épaisses et sont très durs.Par contre le peuplier et le saule ont des fibres dont les parois sont fort peu incrustées et sont tendres. Les fibres de faible diamètre donnent des bois à grain fin ou très fin: cormier, buis, ébène, susceptibles d'un beau poli.
Les faisceaux sont déviés par les rayons médullaires si ces rayons sont épais. Il en résulte des madrures, des ondulations, particulièrement marquées dans les coupes rendent le travail du bois difficile, mais l'enchevêtrement des fibres à parfois aussi des avantages. C'est parce qu'il se fend peu au séchage que l'orme tortillard a connu tant de faveur auprès des charrons d'autrefois pour la confection des moyeux de roues.
Enfin plus encore que la constitution même des fibres, la façon dont elles sont groupées et le rapport de leur masse à la masse totale du bois ont une influence prépondérante sur les diverses formes de la résistance du matériau. Les gros faisceaux augmentent la rigidité et la compacité. (azobé, jerrah, faux acacia, tandis que l'isolement augment la flexibilité et l'élasticité (frêne). L'examen du noyer avec ses petits groupes de fibres régulièrement disposée dans le parenchyme plus plastique, ses rayons médullaires très fins explique que ce bois moyennement dur peut se couper en tous sens sans risque d'éclats et confirme des qualités que les sculpteurs sur bois connaissent bien.
- Dans les bois résineux, les trachéides longues et droites donnent une bonne résistance à une parallèle à l'axe (étais de mines créent une aptitude à l'axe (bardeaux, lattes). Leur diamètre influe beaucoup sur le grain et l'homogénéité. Les résineux les meilleurs sont ceux dont les trachéides sont de faible diamètre et à la lumière très réduite.
2 - Les vaisseaux :Les parois des vaisseaux à quelques exceptions près (le frêne par exemple) sont plus minces que les parois des fibres ou du sclérenchyme. Nous savons qu'elles sont encore plus faibles au niveau des ponctuations par lesquelles s'effectuent les passages osmotiques.
Les vaisseaux influent eux aussi, par leurs dimensions et par leur distribution, sur les propriétés du bois.a) Par leur dimensions:
Ils peuvent être, dans une même couche annuelle presque égaux (noyer, peuplier, saule, poirier, tilleul) ou très inégaux (chêne, châtaignier, orme, frêne)
Dans ce dernier cas la zone poreuse du bois de printemps est de faible résistance. Il y a lieu de remarque que le bois poreux des feuillus ne varie pas dans son épaisseur avec les circonstances de la végétation. Donc si un feuillu pousse vite, en
produisant des couches annuelles épaisses, il y aura dans chaque couche un maximum de bois d'automne, donc un
minimum de porosité. Nous savons déjà que l'inverse se produit pour les résineux.
Bois à très gros vaisseaux : balsa, chêne, châtaignier
Bois à gros vaisseaux : orme, frêne, noyer, okoumé
Bois à vaisseaux moyens : bouleau, peuplier
Bois à: vaisseaux fins : Érable, charme, hêtre, platane, merisier, tilleul
Bois à vaisseaux très fins : poirier, alisier, cormier, gaïac.
b) parleur distribution :
les vaisseaux sont épars (bois fruitiers, hêtre, tilleul) ou groupés, formant alors des dessins très caractéristiques châtaignier, chêne, frêne, orme).-Du point de vue des propriétés mécaniques la porosité résultant soit du diamètre soit du groupement des vaisseaux est parfois gênante. Toutefois elle permet l'injection de produits de conservation.
En contrepartie les ébénistes déplorent la porosité des placages lors du collage ou du vernissage.
3 - Le parenchyme: court ou long le parenchyme est formé de cellules aux parois peu épaisses. Plus mou que le tissu fibreux, il confère au bois une certaine plasticité.4 - Les canaux sécréteurs: Dans les bois à sécrétions, on remarque des canaux de fort diamètre bordés dé cellules à parois minces: Les cellules sécrétrices qui se déversent dans le canal, c'est là évidemment un élément hétérogène.5 - Les rayons médullaires: Nous avons vu dans l'étude de la structure qu'il existait
a) de grands rayons allant de la périphérie à la moelle existant dès la structure primaire (rayons complets).
b) des rayons de second ordre (rayons incomplets) n'aboutissait pas jusqu'à la moelle, formés par le jeu du cambium.Les rayons sont un peu des "chevilles" naturelles assurant une cohésion entre les cernes annuels.
Ils se caractérisent par leurs 3 dimensions:
longueur, épaisseur, hauteur.
Longueur ; on trouve plus de rayons incomplets que de rayons complets.
Épaisseur; faible chez les résineux (une seule rangée de cellules, mais beaucoup plus importante chez les feuillus où elle varie de 0,02 à 2 mm. Ainsi le chêne liège et le chêne vert ont des rayons très épais, le hêtre des rayons moyens et le châtaignier des rayons si fins que les vieux auteurs prétendaient qu'il en était dépourvu .
Hauteur : de 7 à 15 rangs de cellules chez les résineux elle atteint quelques dixièmes de mm chez le buis ou le frêne, 5 mm pour le hêtre et jusqu'à 5 cm dans certaines variétés de chêne.
Les rayons médullaires, les mailles comme disent les utilisateurs du bois jouent un rôle important dans l'aspect esthétique du matériau. En coupe tangentielle, les rayons apparaissent nettement, sous forme de mouchetures dans le hêtre ou le platane.En coupe radiale, coupés longitudinalement, ils présentent souvent un aspect nacré utilisé en décoration (bois sur mailles).
S'ils sont épais, ils impriment aux tissus contigus des déviations génératrices de moirages.
Nous ne terminerons pas cette leçon sans préciser les termes d'aubier de coeur, de bois parfait.L'aubier, sur Une coupe transversale, apparaît comme un anneau clair contigu à l'écorce. Nous savons qu'en réalité il en est séparé par le cambium et le liber.
Au centre de la même coupe une zone foncée constitue le cœur. Entre le cœur et l'aubier est le bois parfait.
Cependant, dans certaines espèces ; peuplier, saule, charme, bouleau, épicéa, il est très difficile, voire impossible de distinguer l'aubier.
La différence entre l'aubier et le bois parfait réside surtout dans le contenu des cellules et l'état des vaisseaux.
Les cellules de l'aubier contiennent des albuminoïdes, de l'amidon, des sucres. Il y a donc possibilité de fermentation et risque d'attaque de cette partie par des organismes vivants.
Dans le bois plus ancien, ces mêmes matières se sont transformées en composés stables, notamment en tanins.
Cette transformation de l'aubier en bois parfait ou duramen se fait suivant un rythme variable.Des perturbations dues au climat ou à des accidents de végétation peuvent altérer ce rythme.
La"cluraminisation" est caractérisée par:
la disparition de l'amidon
l'apparition des tanins
la formation des thyllesElle s'accompagne d'une densification sensible, d'un durcissement de modifications importantes de couleur.
La valeur de l'aubier comme bois d'œuvre est en raison inverse de celle du bois parfait. C'est pourquoi l'on peut utiliser l'aubier du peuplier alors qu'il faut impitoyablement éliminer celui du chêne.
