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.
Bois : Duramen et aubier
Le duramen et l'aubier sont deux parties du bois d'un arbre qui présentent des caractéristiques distinctes en termes de structure, de fonction et d'apparence.
Le duramen et l'aubier sont deux parties importantes du bois d'un arbre, chacune ayant des caractéristiques et des fonctions distinctes. Le duramen offre un soutien structurel et une protection, tandis que l'aubier est principalement impliqué dans le transport des nutriments et la cicatrisation des blessures.
Emplacement :
- Le duramen se trouve au centre de la tige ou du tronc de l'arbre, juste sous l'aubier. Il constitue la partie la plus ancienne du bois de l'arbre.
- L'aubier est la partie externe du bois, située entre le duramen et l'écorce de l'arbre. Il est formé par le xylème nouvellement produit par le cambium.
Structure :
- Le duramen est caractérisé par sa densité, sa dureté et sa couleur généralement plus foncée que l'aubier. Il est formé de cellules de xylème secondaire matures.
- L'aubier est généralement plus clair que le duramen et peut parfois avoir une teinte verdâtre ou jaunâtre. Il est composé de cellules de xylème secondaire moins matures et est souvent moins dense que le duramen.
Fonction :
- Le duramen fournit principalement un soutien structurel à l'arbre en tant que partie centrale du bois. Il est également responsable du stockage de divers composés chimiques, tels que les résines et les tanins, qui peuvent aider à protéger l'arbre contre les attaques d'insectes et de maladies.
- L'aubier est principalement impliqué dans le transport de l'eau et des nutriments entre les racines et les parties supérieures de l'arbre. Il joue également un rôle dans la cicatrisation des blessures de l'arbre et dans le stockage de l'eau et des hydrates de carbone.
Réponse aux blessures :
- Le duramen est plus résistant aux maladies, aux insectes et aux dommages mécaniques que l'aubier en raison de sa densité et de sa teneur en composés protecteurs.
- L'aubier est plus vulnérable aux attaques d'insectes, aux infections fongiques et aux blessures mécaniques en raison de sa composition moins dense et de sa plus grande accessibilité.
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.
Utilisation du bois dans les écosystèmes
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.
Habitat diversifié
le bois est un habitat diversifié qui abrite une grande variété d'espèces (flore et faune), des micro-organismes décomposeurs aux oiseaux nicheurs en passant par les petits mammifères et les plantes épiphytes. Sa structure complexe et sa composition nutritive en font un élément crucial des écosystèmes forestiers et aquatiques, contribuant à la biodiversité et au fonctionnement des écosystèmes.
- Habitat pour la flore : Le bois mort et en décomposition peut offrir un habitat diversifié pour la flore, fournissant un substrat pour la croissance des plantes épiphytes, en soutenant les symbioses avec les champignons, en facilitant la colonisation par des plantes pionnières et en fournissant des ressources pour les plantes parasites et saprophytes.
- Habitat pour la faune : Le bois mort offre un habitat vital pour de nombreuses espèces de la faune, y compris les insectes, les amphibiens, les reptiles, les petits mammifères et les oiseaux. Ces organismes dépendent du bois pour se nourrir, se reproduire, se cacher et se protéger des prédateurs.
- Micro-organismes décomposeurs : Le bois mort est colonisé par une grande diversité de micro-organismes, tels que les champignons saprophytes et les bactéries décomposeurs. Ces organismes dégradent la matière organique du bois, contribuant ainsi à sa décomposition et à la libération de nutriments dans le sol. Ils forment un réseau complexe de relations trophiques et jouent un rôle crucial dans le recyclage des éléments nutritifs dans les écosystèmes forestiers.
- Insectes xylophagesLes insectes xylophages sont des espèces qui se nourrissent de bois. Les larves de coléoptères, de lépidoptères et d'autres insectes creusent des galeries à l'intérieur du bois pour se nourrir de la cellulose et de la lignine. Ces insectes jouent un rôle important dans la fragmentation du bois mort et dans la création d'habitats pour d'autres organismes.
- Petits mammifèresLes bois morts fournissent des habitats de nidification et de refuge pour de nombreux petits mammifères, tels que les souris, les rats, les écureuils et les musaraignes. Ces animaux utilisent les cavités et les fissures du bois pour se cacher des prédateurs, se reproduire et élever leur progéniture.
- Oiseaux nicheursDe nombreux oiseaux utilisent les cavités des arbres morts comme sites de nidification. Les pics, les chouettes, les mésanges et d'autres espèces d'oiseaux creusent ou utilisent des cavités naturelles dans le bois pour construire leurs nids et élever leurs jeunes. Ces oiseaux dépendent des bois morts pour leur reproduction et leur survie.
- Plantes épiphytes: Dans les forêts tropicales et d'autres écosystèmes, les bois morts peuvent servir de substrat pour la croissance des plantes épiphytes, telles que les mousses, les fougères, les orchidées et les broméliacées. Ces plantes s'attachent aux surfaces du bois et utilisent l'humidité et les nutriments disponibles pour leur croissance.
Santé et la fertilité des sols
Le bois peut être une ressource précieuse pour améliorer la santé et la fertilité des sols, que ce soit sous forme de litère, d'humus, de fertilisant ou d'amendement. Sa décomposition contribue à la formation de matière organique bénéfique qui soutient la croissance des plantes et la santé des écosystèmes.
Litère
Le bois mort en décomposition sur le sol forme une litère organique. Cette couche de matière organique morte recouvrant le sol aide à réguler la température du sol, à réduire l'érosion, à retenir l'humidité et à fournir un habitat pour de nombreux organismes du sol. La litère de bois fournit également des nutriments essentiels au sol lorsqu'elle se décompose.
Humus
L'humus est le résultat final de la décomposition de la matière organique, y compris le bois mort. L'humus est une substance sombre et riche en nutriments qui améliore la structure du sol, favorise la rétention d'eau et fournit des nutriments aux plantes. Le bois en décomposition contribue à la formation d'humus dans le sol au fil du temps.
Fertilisant
Le bois peut être utilisé comme source de fertilisant organique lorsqu'il est décomposé en compost. Le compostage du bois mort, ainsi que d'autres matières organiques, produit un amendement du sol riche en nutriments qui peut être utilisé pour enrichir les sols pauvres en matière organique et favoriser la croissance des plantes.
Amendement du sol
Le bois décomposé peut également être utilisé comme amendement du sol pour améliorer la structure du sol, augmenter sa fertilité et favoriser la croissance des plantes. L'ajout de bois décomposé au sol peut aider à réguler le pH du sol, à augmenter sa capacité de rétention d'eau et à fournir des nutriments aux plantes.
Autres utilisation par l'homme
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.
