Jean-François BOCQUET, maître de conférence

« Nous n’héritons pas de la terre de nos parents, nous l’empruntons à nos enfants »
Antoine de Saint-Exupéry
Conception
automatisée
de murs bois
Mur B
Mdc Jean-François BOCQUET
COLLOQUE DE BAYEUX
Mercredi 26 février 2014
Pr Laurent BLERON
ACTIVITE ECONOMIQUE : JUSQU’A EPUISEMENT DES RESSOURCES ! !
Carrières
Cimenteries
Parpaings
Robot
Irréversibles !
Série
Energie + C02
ACTIVITE ECONOMIQUE : PRODUIRE POUR NE PLUS CONSOMMER ! !
Forêts = Carrières vertes
Parois finies
Scieries
Robot
Renouvelable et pas « délocalisable ! »
Faible énergie
DURABLEMENT ! !
Unitaire en série !!
RESSOUDRE L’EQUATION . . .
. . .C’EST POSER UNE INTEGRALE !!
∫
Valorisation
Ressource
Renouvelable
Locale
Française
Essences variées
+
Bois de qualité secondaire
∫
+
Performant mécaniquement
+
Respectueux de l’environnement
+
Performant thermiquement
∫
Flexibilité
+
Coût de production
+
=
Eléments
Construction
Finis
Valorisation du chêne de qualité
secondaire (2010-2011)
o Région Bourgogne : valoriser sa ressource en chênes de qualité secondaire
o Une opportunité :
• Le marché des bâtiments à Haute Qualité Environnementale,
• Les bâtiments à basse consommation énergétique.
Objectifs et contexte de l’étude
o Région Bourgogne ressource en chênes : 74 M de m3
Rappels sur le classement professionnel du chêne en quatre catégories
Qualité A « tranchage » :
Billons 2.5 m min. / Ø fin bout 45 cm
Qualité B « premier choix » :
Billons 2.5 m min. / Ø fin bout 35 à
40 cm
Qualité C « second choix » :
Billons 2 m min. / Ø fin bout 25 à 30
cm
Qualité D « traverse » :
Billons 2 m min. / Ø fin bout 25 à 30
cm
o Chênes de qualité secondaire : 50 M de m3
Ces arbres se trouvent principalement :
• jeunes futaies régulières en attente d’éclaircie ( gisement le plus important ) ,
• peuplements pauvres ou appauvris : la valorisation des bois = financer leur
exploitation,
• peuplements en cours de conversion, attente d’éclaircies un peu rémunératrices.
Caractérisation de la ressource
o La ressource en bois ronds :
• Bois souvent mal conformés,
• Petits / gros diamètres,
• Présentant une nodosité importante
Bois qui ne rentrent pas en scierie
o Les sciages :
Caractéristiques d’aspect :
• Présence importante de nœuds
• Présence de fentes
• Présence d’aubier
• Entre-écorce, ….
Contraintes réglementaires
o Cas spécifique des sciages à usage structurel
Besoin de connaître le comportement mécanique
• Comportement défini par la classe mécanique (ρ, E, σlim)
• Classe indiquée par le fournisseur
• Problème : grande variabilité.
•
7
Performances mécaniques
du chêne et du douglas
Douglas et Chêne de qualité secondaire sont très hétérogènes, leurs hétérogénéités
résultant de plusieurs paramètres.
Optimiser l’utilisation
Tri obligatoire
Classement mécanique
Comment classer des sciages
Prédire les performances
d’une classe mécanique par machine
o Masse volumique MV (Fractile 5%)
• Capacité à ne pas se comprimer avec les
assemblages
• Compression localisée
o Mesure de la densité
• Par pesée
• Par rayons X
Prédire les performances
d’une classe mécanique par machine
o Module d’élasticité MOE (moyenne)
• Capacité à ne pas se déformer en fonction des
charges appliquées
• Méthode vibratoire
o Mesure du module d’élasticité
• Flexion dynamique
• Ultrason
Prédire les performances
d’une classe mécanique par machine
o Contrainte à la rupture MOR (Fractile 5%)
• Capacité à reprendre les charges
• Résistance
• Mesure de la résistance
• Corrélation avec MV, MOE, nœud
etc …
KAR
Prédire les performances
d’une classe mécanique par machine
o Masse volumique MV (Fractile 5%)
• Capacité à ne pas se comprimer avec les
assemblages
• Compression localisée
o Mesure de la densité
• Par pesée
• Par rayons X
o Module d’élasticité MOE (moyenne)
• Capacité à ne pas se déformer en fonction des
charges appliquées
• Déformation
o Mesure du module d’élasticité
• Flexion dynamique
• Méthode vibratoire
• Ultrason
o Contrainte à la rupture MOR (Fractile 5%
• Capacité à reprendre les charges
• Résistance
o Mesure de la résistance
• Corrélation avec MV, MOE,
nœud, etc..
Mesurer la pente de fil peut-il améliorer
le classement mécanique?
Quelques résultats
Douglas
Chêne
MOE
MOR
MOE
MOR
75%
43%
75%
43%
Combiscan + pente de fil
72%
53%
72%
53%
E-scan + Combiscan + pente de fil
75%
56%
75%
56%
E-scan
Combiscan (Rayons X)
Le classement par méthode
visuelle est très pénalisant (45%
déclassé)
80 % du lot en catégorie D30
par méthode destructive
Thèse de Arnaud JEHL
15
Influence de la sylviculture
constat
100%
85%
90%
80%
70%
47%
60%
44%
50%
30%
31%
32%
40%
24%
22%
6%
20%
10%
0%
visuel
machine
C24-ST II
C18- ST III
optimal
Reject
9%
Influence de la sylviculture
classement par machine
100%
85%
90%
80%
63%
70%
60%
47%
44%
50%
40%
30%
31%
32%
24%
19% 18%
22%
20%
6%
10%
0%
Visual
Machine
C24-ST II
Machine
> 60 years
C18- ST III
Optimal
Reject
9%
Influence de la sylviculture
classement visuel /machine
100%
90%
85%
80%
61%
70%
63%
60%
40%
30%
47%
44%
50%
31%
32%
21%
18%
24%
22%
19% 18%
20%
10%
6%
9%
0%
Visual
Visual
(> 60 ans < 5m)
C24-ST II
Machine
C18- ST III
Machine
> 60 years
Optimal
Reject
Projet ANR CLAMEB
Recherche de produits adaptés
•
•
•
•
•
Dalles et murs en bois massifs,
Eléments de structure en bois massifs reconstitués,
Panneaux multiplis de placages (LVL),
Carrelets de menuiserie (LVL)
…
Murs en bois massifs reconstitués
Murs en lits de planches croisées assemblés par différentes solutions :
Mur collé (type KLH)
Mur cloué (type MHM)
Mur tourillonné (type
Thoma Holz)
Cette technique offre les avantages traditionnels de la construction bois :
Isolation thermique, écologique, construction sèche, rapidité de mise en œuvre, chaleur
du matériau, régulation de l’humidité, construction en zone sismique,…
Plus des similitudes assez prononcées avec la construction traditionnelle :
Mur massif, inertie thermique, immeuble à plusieurs niveaux,…
Produits de placages reconstitués
Produits types qui peuvent être fabriqués à partir de panneaux reconstitués
de placages déroulés :
• Montants d’ossature et pannes LVL,
• Membrures de poutrelles en I bois,
• Linteaux, lisses basses et hautes,
• Planches de rive,
• Lambourdes, chevrons,
• Carrelets de menuiserie etc.
22/32
Murs en bois massifs reconstitués
Question 1 : Mur type MHM ? Assemblage ( Clouage?), essences variés ?, rigidité ?
Question 2 : Est-ce viable économiquement et adapté à nos PME ?
Lier, assembler, joindre
naturellement
Assemblage
de planches
≠
Pointes ?
MHM
Tourillons
soudés ?
2005-2009 Thèse Ludovic Resch
4x4m
Collage = Rigide
Panobloc
Augmenter la rigidité
Crantage des pièces
Du crantage
à l’assemblage picot
!!
Simple denture
Bois tendre ?
Picots
Usinage
0°
90°
Croisement des planches différents angles
Alpha
Assemblage picot
Blocage total dans le plan
Principe
Deux
Planches
Hêtre
!!
Bois tendre
Principe
Une
Planche
Bois dur
Vis
bois
dur
OK !
Thèse Stéphane Girardon
!!
Caractérisation
des assemblages
« Amélioration des performances mécaniques des assemblages
bois sur bois chevillés par préparation des interfaces :
Application à la réalisation d’éléments de structure »
Thèse Stéphane Girardon
+ -?
Modélisation des
éléments de
structures
« Amélioration des performances mécaniques des assemblages
bois sur bois chevillés par préparation des interfaces :
Application à la réalisation d’éléments de structure »
Installation d’une cellule robotisée à
!? bip
Installation Cellule
Prototypage
Usine
Produits
Portique 6 axes
+
Poly-articulé
Sem Epinal Golbey
Espace de travail confiné : bruit, poussières exposition des opérateurs
Concept wood flex 32
Montage et Usinage
!? bip
Mivelaz technique bois
Montage
Usinage
Faisabilité murs bois automatisé
Cellule robotisée = Imprimante 3D
!? Bip Bip ….
Conception dessin 3D
Transfert automatique
Réalisation d’une paroi
PFE : Romain Munsch Yannick Berne « Faisabilité d’une paroi bois finie »
ACME
Faisabilité murs bois automatisé
Cellule robotisée = Imprimante 3D
Yes we can !
Montage automatique
mercedes
Paroi finie
Unité de production
de planches de bois locales
Hypothèses de production :
•
•
•
•
•
•
•
80 m3 sous écorce / jour 17 600
Moyens humains : effectif 6 personnes
m3/an,
Diamètre moyen 250 mm / longueur moyenne 2 m
2 billons/min,
Rendement matière : 35 %,
Prix matière première rendue : 45 €/T,
Prix de vente connexes : 45 €/T,
Prix de cession des sciages séchés : 220 €/m3,
Equipements : 3 600 K€
•
•
•
•
•
•
•
PAG : poste de découpe, tri billon, broyeur, méca : 500 K€
Un scanner 3D avec optim, centreur, télétwin, méca : 550 K€
Une multilame de reprise: 200 K€,
Trieur 6 casiers, empileur auto : 400 K€,
Circuit d’évacuation, aspi, fondation, etc. : 350 K€
Cellules de séchage 700 m3 : 1 000 K€,
Une chaudière bois vert : 600 K€
•
•
•
Un opérateur PAG, un opérateur
télétwin/ refendeuse,
Un opérateur installation triage/empilage,
un cariste,
Un entretien / affutage, un contremaitre,
Un bâtiment 700 m² : 300 K€.
Unité de production
de murs contre-cloués
Hypothèses de production :
•
•
•
•
•
•
•
•
28 m3 / jour 6 160 m3 / an,
Section sciage planches 30 x 150 mm,
rabotées 23 x 130 mm2,
Rendement matière 60 %,
Prix matière première sèche 220 €/m3,
Prix de vente produits finis 750 €/m3,
Clous, si ep. panneau 207 mm et
largeur planches 130 mm, 4 590 clous/m3,
Moyens humains : effectif 14 personnes
•
•
•
•
•
3 opérateurs tronçonnage,
2 opérateurs rabotage,
1 opérateur aboutage,
1 empileur,
1 opérateurs au cloueur,
Equipements : 1 730 K€
• Deux raboteuses 4 faces : 200 K€,
• Une ligne de tronçonnage : 110 K€,
• Une abouteuse : 350 K€,
• Un centre de clouage : 130 K€,
• Un pont roulant et chariot : 150 K€
• Un centre d’usinage : 400 K€,
• Une aspiration, des mécanisations,
divers : 390 K€
Un bâtiment 1 500 m² : 1 000 K€.
1 cariste,
1 opérateur au centre d’usinage,
1 personne au secrétariat,
2 technico-commerciaux,
1 responsable de site.
Définition des procédés
de fabrication
Panneaux LVL
10 M€ avec un effectif de 20
personnes
Panneaux CLT ou MHM
4 M€ scierie (6 personnes)
+ 3 M€ unité fabrication Px (14/17 pers.)
7M€ avec un effectif (20 et 25 pers.)
Les études économiques réalisées à partir d’hypothèses qu’il faudra encore confirmer,
montrent des possibilités de rentabilité pour les unités de production imaginées avec des
niveaux d’investissements compatibles pour des PME ou des groupements de PME de
la filière bois.
« Tout mieux que brûler !! »
Julius Natterer
CONCLUSION
- Penser le concept pour sa transposition régionale / Partenariat intelligent / Gain
- Bilan de la ressource et prospective exploitation durable / Tri et classement
- Développer les connaissances mécanique & thermique ==> projet ANR
- Prototypage et faisabilité de l’industrialisation robotique
- Penser l’usine de demain, créer le circuit participatif, fonder l’espace économique
pour créer l’espace social
Produire pour ne plus consommer !