Modélisation multiphysique du comportement thermo-hygro-mécanique et à mémoire de forme du bois densifié : application au dimensionnement des panneaux multicouches assemblés par des goujons en bois densifié

Mots clés

Goujons en bois densifié, Thermo-hygromécanique, Eléménts finis, Effet Mémoire de Forme, Panneaux multicouches en bois

Détail de l'offre

Les panneaux multicouches en bois assemblés se sont imposés dans le domaine de construction en bois comme solution fiable, économique, alliant des rapports résistance/poids et rigidité/poids optimisés et surtout ayant un impact environnemental très faible. Cette dernière propriété s'est améliorée en remplaçant l'assemblage avec des colles en résines par des goujons en bois condensé. Ce type de bois présente un comportement multiphysique et complexe qui mérite d'être mieux caractérisé et modélisé. En effet le compactage du bois permet d'améliorer ses performances mécaniques, particulièrement au niveau résistance, mais réduit de manière significative ses dimensions. La modification du milieu ambiant de ce bois condensé au niveau hygrométrie et température influence de manière importante ses dimensions et ses propriétés mécaniques avec possibilité de retrouver sa forme et ses propriétés initiales. Le bois condensé présente ainsi un comportement non linéaire, multiphysique et à mémoire de forme avec un couplage thermo-hygro- mécanique. Afin de disposer d'outils numériques, basés sur la méthode des éléments finis, pour le dimensionnement des panneaux multicouches en bois assemblés avec des goujons en bois condensé, il est nécessaire d'avoir des éléments finis spéciaux adaptés aussi bien pour les panneaux que pour les goujons. De plus, considérer une loi de comportement purement élastique pour ces éléments ne permet pas de prédire ce couplage thermo-hygro-mécanique. Des travaux ont été réalisés aboutissant à quelques modèles de comportement assez représentatif de ce couplage thermo-hygro-mécanique non linéaire. Les équipes partenaires du l'Université Laval et l'UTC ont déjà développé des éléments finis spéciaux, particulièrement adaptés pour l'étude des réponses quasi-statique et dynamique des panneaux multicouches en bois assemblés. Ils intègrent des lois de comportement élastiques ou élasto-plastiques.
L'objectif de ce projet de thèse est donc de développer une loi de comportement non linéaire permet de prédire le couplage thermo-hygro-mécanique et l'effet mémoire de forme associé. Cette loi sera interfacée avec la famille d'éléments développés par l'Université Laval et l'UTC en utilisant des formulations mixtes de type solide, solide-coque et solide-poutre. Pour ce faire l'équipe partenaire de l'Université de Lorraine s'appuiera sur son expérience dans le développement des lois de comportement non linéaire à couplage multiphysique et leur interfaçage avec des éléments finis spéciaux adaptés. Ceci passe par l'introduction des deux degrés de libertés supplémentaires par nœud à savoir la température et la concentration en eau. La forme faible de l'équilibre à résoudre concerne en même temps les équations de champs mécanique, thermique et de diffusion. Une partie expérimentale importante sera également indispensable pour la compréhension approfondir du couplage thermo-hygro-mécanique et identifier les paramètres matériaux. Elle concernera également la fabrication des systèmes goujons en bois condensé/matrice en bois multicouches et des structures en panneaux en bois multicouches connectés par des goujons en bois condensé. Ces systèmes seront caractérisés seront caractérisés lors d'un chargement thermo-hygro-mécanique afin de qualifier l'outil numérique à développer. Les travaux seront à réaliser dans le cadre de cette thèse en cotutelle entre l'Université Laval et l'Université de Lorraine et en collaboration avec l'Université Technologique de Compiègne.