Bois

Définition

• Du point de vue de l’anatomiste, du botaniste ou du forestier, le bois est une structure naturelle d'origine végétale, principalement produit par les plantes vascularisés comme les arbres et les arbustes, qui constitue une partie importante de la biomasse terrestre. Il est formé par l'accumulation d'un ensemble de tissus végétaux secondaires, à parois lignifiées, résultant du fonctionnement, vers l’intérieur, de l’assise génératrice cambiale (cambium), une couche de cellules méristématiques située entre le bois (xylème) et l'écorce (phloème) des plantes ligneuses vasculaires.

• Du point de vue de l’industriel, de l’ingénieur ou de l’architecte, le bois est un matériau de construction polyvalent, léger, esthétique, doté d’un rapport poids/résistance très favorable, d’une inertie thermique élevée… mais aussi entaché d’anomalies et faisant preuve d’une constitution et de performances variables. Dès lors, sa mise en œuvre nécessite une connaissance approfondie de sa structure et de son comportement. Ses caractéristiques sont avant tout celles d’un matériau naturel, renouvelable, recyclable, esthétique, durable (avec certaines restrictions), doté de propriétés, tant physiques que mécaniques, exceptionnelles. La responsabilité en incombe à son anatomie.

Formation du bois

Le bois est principalement formé à partir de l'activité du cambium, mais sa formation et sa structure impliquent également d'autres tissus et processus au sein de la plante.

Cambium

Le cambium est une couche de cellules méristématiques située entre le bois (xylème) et l'écorce (phloème) des arbres, arbustes et de certaines plantes vasculaires ligneuses. C'est à partir de ces cellules méristématiques que le bois est produit par division cellulaire.

Xylème

Le bois est principalement composé de tissu xylémique (xylème secondaire), qui est formé à partir des cellules différenciées du cambium. Le xylème est composé de cellules mortes, y compris les vaisseaux, les trachéides et les fibres, qui sont alignées les unes sur les autres pour former la structure fibreuse caractéristique du bois.

Lignification

Au cours du processus de différenciation cellulaire, les cellules xylémiques subissent une lignification, au cours de laquelle la lignine est déposée dans les parois cellulaires. La lignine confère au bois sa résistance mécanique et sa durabilité en liant les fibres de cellulose entre elles.

Autres tissus du bois

En plus du xylème, le bois contient également d'autres tissus et composants, tels que les cellules du parenchyme et les rayons médullaires, qui contribuent à sa structure et à sa fonction. Les rayons médullaires, par exemple, sont des tissus qui s'étendent radialement à travers le bois et jouent un rôle dans le transport latéral de l'eau et des nutriments.

Composition chimique

Le bois est principalement composé de trois polymères naturels : la cellulose, la lignine et les hémicelluloses. La cellulose, un polysaccharide linéaire, forme la structure de base des parois cellulaires et représente la majorité des fibres du bois. La lignine, un polymère tridimensionnel complexe, agit comme un ciment entre les fibres de cellulose et confère au bois sa résistance et sa durabilité. Les hémicelluloses sont des polysaccharides complexes qui contribuent à la liaison entre la cellulose et la lignine.

La composition exacte du bois varie selon l'espèce d'arbre, l'âge de l'arbre, les conditions de croissance et d'autres facteurs environnementaux. Cependant, voici une approximation générale de la composition en pourcentage du bois :

Il est important de noter que ces pourcentages sont des estimations générales et peuvent varier en fonction de divers facteurs. Par exemple, le bois des feuillus tend à avoir une teneur plus élevée en lignine que le bois des conifères, tandis que le bois des jeunes arbres peut contenir une proportion plus élevée d'hémicellulose que celui des arbres matures.

Cellulose

La cellulose est le composant principal du bois et constitue généralement entre 40% et 50% de sa composition. Elle forme les parois cellulaires des cellules végétales et est responsable de la rigidité et de la résistance mécanique du bois.

Lignine

La lignine est le deuxième composant le plus abondant du bois, représentant généralement entre 20% et 30% de sa composition. Elle agit comme un liant entre les fibres de cellulose et confère au bois sa résistance et sa durabilité.

Hémicellulose

Les hémicelluloses constituent environ 20% à 30% du bois. Elles sont moins abondantes que la cellulose mais jouent un rôle important dans la liaison entre les fibres de cellulose et la lignine, ainsi que dans la structure globale du bois.

Autres composants du bois

En plus de la cellulose, de la lignine et des hémicelluloses, le bois contient également d'autres composants en quantités plus faibles, tels que les extraits solubles (composés phénoliques, résines, tanins, etc.) et des minérales. Ces composants représentent généralement moins de 5% de la composition totale du bois.

Composistion minérale du bois

La composition minérale du bois peut varier en fonction de plusieurs facteurs, notamment l'espèce d'arbre, le sol où l'arbre pousse, les conditions de croissance et d'autres facteurs environnementaux. Les principaux minéraux présents dans le bois comprennent le calcium, le potassium, le magnésium, le phosphore et le soufre. Exemple de quelques-uns de ces minéraux principaux du bois et leurs fonctions dans le bois :

Les minéraux présents dans le bois jouent un rôle important dans divers processus physiologiques et métaboliques des arbres, notamment la formation des parois cellulaires, la régulation hydrique, la photosynthèse, le métabolisme cellulaire et la synthèse de composés organiques essentiels. Ces minéraux contribuent également à la structure et à la fonction globales du bois, en aidant à maintenir sa résistance mécanique, sa flexibilité et sa durabilité.

Calcium

Le calcium est important pour la formation et le renforcement des parois cellulaires. Il peut se lier à la pectine, un composant des parois cellulaires, pour stabiliser la structure et améliorer la résistance mécanique du bois.

Potassium

Le potassium joue un rôle crucial dans la régulation de l'ouverture et de la fermeture des stomates, les petits pores présents sur les feuilles et les tiges des plantes. Dans le bois, le potassium peut aider à réguler l'équilibre hydrique et à maintenir la pression osmotique à l'intérieur des cellules.

Magnésium

Le magnésium est un composant essentiel de la chlorophylle, le pigment responsable de la photosynthèse chez les plantes. Bien que le magnésium soit principalement présent dans les feuilles, il peut également être transporté vers d'autres parties de la plante, y compris le bois, où il peut contribuer à divers processus métaboliques.

Phosphore

Le phosphore est nécessaire à la formation de l'ADN, de l'ARN et d'autres molécules impliquées dans le métabolisme cellulaire et la croissance. Dans le bois, le phosphore peut jouer un rôle dans la synthèse des composants cellulaires et la régulation des voies métaboliques.

Soufre

Le soufre est un composant essentiel des acides aminés, des protéines et d'autres composés organiques présents dans les cellules végétales. Dans le bois, le soufre peut contribuer à la formation de liaisons chimiques cruciales pour la structure et la fonction des protéines.

Structure anatomique

Le bois est organisé en plusieurs couches concentriques appelées cernes de croissance, qui résultent de la croissance annuelle de l'arbre. Chaque cerne est composé de cellules mortes de xylème, principalement des vaisseaux et des fibres, formées par le cambium pendant la saison de croissance. Les vaisseaux permettent la conduction de l'eau et des éléments nutritifs, tandis que les fibres offrent un soutien mécanique. Les cellules du xylème sont disposées de manière régulière et ordonnée, ce qui confère au bois une structure fibreuse et une résistance aux contraintes mécaniques.

Propriétés physiques

Le bois présente une combinaison unique de propriétés physiques qui en font un matériau polyvalent. Il est léger, durable, résistant à la compression, à la traction et à la flexion, et offre une bonne isolation thermique et acoustique. Sa densité, sa couleur et sa texture varient selon l'espèce d'arbre ou d'arbuste et les conditions de croissance.

Utilisations possible du bois

En raison de ses propriétés physiques et de sa disponibilité abondante, le bois est utilisé dans une grande variété d'applications. Il est largement utilisé comme matériau de construction pour la construction de maisons, de meubles, de revêtements de sol, de charpentes et d'ouvrages d'art. Il est également utilisé comme source d'énergie renouvelable sous forme de bois de chauffage et de biomasse pour la production de chaleur et d'électricité.

Source nutritive pour de nombreux organismes vivants

Le bois sert de source nutritive pour de nombreux organismes vivants, y compris les termites, les insectes xylophages, les champignons lignicoles, les coléoptères et leurs larves, ainsi que les bactéries et les micro-organismes du sol. Sa décomposition par ces organismes contribue à la régénération et léquilibre des écosystèmes forestiers et au cycle des éléments nutritifs dans la nature.

Alimentation des termites et des insectes xylophages

Les termites et certains insectes xylophages se nourrissent principalement de bois et de matières ligneuses. Ils possèdent des enzymes spéciales qui leur permettent de décomposer la cellulose et la lignine du bois en sucres et en nutriments qu'ils peuvent digérer, en contribuant ainsi à la décomposition du bois mort et au recyclage des éléments nutritifs dans les écosystèmes forestiers.

Alimentation des champignons lignicoles

Certaines espèces de champignons, appelées champignons lignicoles, se nourrissent également de bois en décomposition. Ils sécrètent des enzymes capables de décomposer la lignine et la cellulose, ce qui leur permet d'absorber les nutriments du bois mort et de le transformer en humus, un matériau organique riche en éléments nutritifs utilisé par les plantes pour leur croissance.

Alimentation des coléoptères et de leurs larves

De nombreux coléoptères, tels que les coléoptères du bois, ainsi que leurs larves, se nourrissent également de bois en décomposition. Ils creusent des galeries à l'intérieur du bois pour se nourrir de la cellulose et de la lignine, contribuant ainsi à la décomposition et à la fragmentation du bois mort.

Décomposition par les bactéries et les micro-organismes

Certaines bactéries et micro-organismes présents dans le sol sont capables de décomposer le bois en décomposition. Ils sécrètent des enzymes qui dégradent la cellulose et la lignine, contribuant ainsi à la libération des éléments nutritifs et au recyclage des nutriments dans les écosystèmes forestiers.

Alimentaion de très rares mammifères

Certains mammifères, comme le Porcs-épics se nourrissent principalement d'écorce, de tiges et de jeunes pousses d'arbres, d'arbuste. Leur régime alimentaire comprend souvent du bois, en particulier lorsque d'autres sources de nourriture sont rares.