8-Autres propriétés physiques

Densité

La densité du bois varie entre $100$~kg/m$^3$ et $1\,500$kg/m$^3$ selon l'essence considérée. Le Tableau ci-dessous donne la masse volumique pour différentes essences de bois.

La densité dépend de l'organisation cellulaire de l'essence considérée. En effet, quelque soit l'essence, la masse volumique des substances cellulosiques constitutives des parois cellulaires est identique et vaut $1\,540$~kg/m$^3$ pour $H=15\%$. C'est donc l'organisation cellulaire, et plus particulièrement le ratio entre substance cellulaire et vide (la porosité) qui détermine la densité d'une essence.

L'eau liée venant ajouter de la masse aux fibres de cellulose, il conviendra de déterminer la densité pour un degré d'humidité défini, en général $H=12\%$. Du fait de la rétractabilité du bois, l'eau liée modifie aussi le volume du bois et la densité pour une humidité $H$, $\rho_H$, est déduite de celle pour une humidité de référence $H_0$ comme~: \begin{equation} \rho_H = \rho_{H_0} \left( 1 + \frac{(1-\alpha)(H-H_0)}{100}\right) \,\textrm{,} \end{equation} où $\alpha$ est la rétractabilité volumétrique. Cette formule indique que lorsque l'humidité augmente, la variation de densité qui en résulte est inférieure à la densité initiale augmentée de la masse d'eau ajoutée du fait que le volume de l'échantillon augmente lui aussi. Au final, pour les bois très nerveux, la densité augmente très peu lorsque le bois passe de l'état anhydre à l'état saturée.

D'une manière générale, la densité est un très bon descripteur des autres propriétés mécaniques et physiques du bois (beaucoup sont bien corrélées à la densité). Plus un bois sera dense, meilleures seront ces propriétés mécaniques (résistances plus élevées et rigidité plus importante).

Masse volumique [kg/m$^3$] de différentes essences de bois

Balsa	100-250	Red Cedar	400-500
Peuplier	400-500	Sapin	400-500
Orme	550-650	Epicéa	400-500
Hêtre	550-650	Douglas	500-600
Chêne	650-750	Pins	500-600
Olivier	750-1000	Mélèze	600-700
Azobé	1000-1100	Ebène	1050-1250

Propriétés thermiques

Le bois comme tous les matériaux se dilate lorsque sa température augmente. Son coefficient de dilatation thermique est de $5\times10^{-6}\,^\circ$C$^{-1}$ dans la direction longitudinale et il est 10 fois plus élevé dans les directions radiale et tangentielle. A titre de comparaison, le coefficient de dilatation thermique de l'acier vaut $12\times10^{-6}\,^\circ$C$^{-1}$ et celui du béton $10\times10^{-6}\,^\circ$C$^{-1}$. L'augmentation de la température à l'origine de la dilatation thermique provoque aussi une diminution du degré d'humidité $H$, et par conséquent un retrait, lui-même généralement supérieur à celui de la dilatation. La dilatation thermique n'est donc pas en général prise en compte comme sollicitation (contrairement aux structures en acier ou en BA).

Le bois a une faible \textbf{conductivité thermique}, qui dépend des essences. Par exemple~:

$\lambda = 0.23$W m$^{-1}$ $^\circ$C$^{-1}$ pour le chêne,
$\lambda = 0.15$W m$^{-1}$ $^\circ$C$^{-1}$ pour le sapin,
$\lambda = 0.05$W m$^{-1}$ $^\circ$C$^{-1}$ pour le balsa.

Plus la densité est élevé, plus grande est la conductivité thermique ($\lambda$ est proportionnelle à la densité). A titre de comparaison, $\lambda = 40$W~m$^{-1}$ $^\circ$C$^{-1}$ pour l'acier et $\lambda = 1.75$W~m$^{-1}$ $^\circ$C$^{-1}$ pour le béton. Un isolant classique a une conductivité thermique de $\lambda = 0.04$W~m$^{-1}$ $^\circ$C$^{-1}$. Le bois n'est donc pas à proprement parler un isolant, mais ses propriétés isolantes sont néanmoins bien supérieures à celle du béton et de l'acier. Une ossature bois n'est donc pas isolante en soit, mais l'utilisation du bois est intéressante pour traiter des endroits critiques comme les ponts thermiques.

Propriétés acoustiques

L'indice d'affaiblissement acoustique étant proportionnelle à la masse des matériaux composant la paroi, le bois n'est pas a priori un bon isolant acoustique contre la transmission aérienne des bruits. Par contre, sa porosité lui confère de bonnes caractéristiques d'absorption des sons lorsqu'il est utilisé en revêtement des parois (mur ou sol).

Résistances aux agents agressifs

La résistance du bois aux agressions de nature chimique, que ce soit des sels, de acides ou des bases, est très bonne. C'est la raison pour laquelle le bois est beaucoup utilisé dans les hangars de stockage de produits chimiques et les piscines.

Par contre, le bois est particulièrement sensible à l'attaque des insectes xylophages (termites) ou des champignons (pourrissement). Il est nécessaire de prévoir un traitement adapté en fonction de l'essence et de l'exposition potentielle aux insectes et/ou aux champignons (voir Partie 6-Préservation et durabilité du bois).

Discussion

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