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PANNEAU LATTÉ COURBÉ EN BOIS MASSIF ET
SA MÉTHODE DE FABRICATION
DOMAINE DE L'INVENTION
Il s'agit de plier un panneau latté collé en bois massif.
HISTORIQUE
Des panneaux en bois courbés sont employés dans la fabrication de dossiers de
chaises, de
couvercles de cercueils, de coques de bateau, de portes de meubles et
d'armoires et de
tiroirs en bois, pour ne donner que quelques exemples. Certains panneaux en
bois courbés,
tels que les dossiers de chaise, sont pliés sur la longueur du grain, soit
longitudinalement.
On peut dire que d'autres panneaux en bois courbés, tels que des couvercles de
cercueil,
ont des lattes parallèles à l'axe de la voûte, et sont pliés transversalement.
La production de panneaux en bois courbés longitudinalement implique de plier,
ou de
cintrer, le bois. Le cintrage, ou le pliage, du bois, est une opération
délicate qui demande
une bonne maîtrise du procédé ainsi qu'une bonne connaissance des propriétés
du bois
massif. Le bois vert, c'est-à-dire du bois fraîchement coupé, est en général
plus facile à
plier que le bois qui a été séché dans un four. Le bois peut être exposé à la
vapeur, ou être
immergé dans l'eau, avant de le plier pour réduire la probabilité de
fendillement ou de
craquelage. Le pliage peut être fait de diverses façons, par exemple par
l'usage d'un gabarit
ou par l'usage d'une presse.
La production de panneaux en bois massif lattés courbés longitudinalement
implique,
jusqu'à ce jour, d'assembler plusieurs pièces préalablement cintrées les unes
aux autres, de
quelque que façon que ce soit, pour former un panneau. Pour les panneaux
arqués
transversalement l'usinage d'au moins un chant de chacune des lattes de bois
est nécessaire
pour lui donner un angle pour assembler les lattes, et les assembler afin de
leur donner une
forme arquée transversalement. Le rayon de la voûte est ainsi prédéterminé par
l'angle
auquel les chants des pièces en bois sont usinés.
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Le cintrage ou pliage du bois solide à la vapeur a permis jusqu'à maintenant
l'utilisation de
pièces de bois d'un seul morceau, c'est-à-dire, des pièces uniques, qui
doivent avoir
d'emblée la dimension finale désirée. Cela limite donc la dimension des pièces
courbées
réalisables et cause souvent beaucoup de perte de bois.
Les procédés de production connus pour obtenir des panneaux courbés lattés en
bois
massif ont été satisfaisants jusqu'à un certain degré. Cependant, il y a
encore place à
l'amélioration.
SOMMAIRE
D'une part, il est possible d'obtenir un panneau cintré, en utilisant un
panneau plat
composé de lattes rectifiées sur leurs chants et le transformer, par pressage,
en un panneau
incurvé.
D'autre part, on peut utiliser une méthode de fabrication d'un panneau en bois
courbé à
partir d'un panneau plat composé de lattes collées chant sur chant afin de le
transformer
d'un panneau plat en un panneau courbé transversalement, longitudinalement ou
les deux.
D'autre part, on peut utiliser une méthode de fabrication d'un panneau en bois
courbé à
partir d'un panneau plat composé de lattes collées chant sur chant en
utilisant une colle
résistant à la vapeur, cette méthode permettant d'utiliser une vapeur chaude
qui
augmentera la flexibilité des lattes de bois pour faciliter le pliage du
panneau.
D'autre part, on peut utiliser une méthode de fabrication d'un panneau en bois
courbé à
partir d'un panneau plat composé de lattes collées chant sur chant ayant entre
8 et 30%
d'humidité hygroscopique et qui est collé en utilisant une colle résistant à
la vapeur, puis
l'étuver durant 2 à 60 minutes. Cette technique permet de plier des panneaux
d'épaisseur de
1/8" à 1 7/8" et ayant un rayon supérieur à 2 pouces.
On pourra courber le panneau longitudinalement, transversal, ou tous les deux.
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Il est aussi possible de plier des panneaux composés de lattes en bois
assemblées de façon
longitudinal, transversal, ou les deux.
Les panneaux en bois peuvent être des panneaux de bois solide.
DESCRIPTION DES FIGURES
Dans les figures jointes :
Fig. 1 est une vue en perspective montrant un exemple de panneautage, donc un
panneau
latté à plat en bois massif avant l'étape du pliage;
Fig. 2 est une vue en perspective montrant un exemple d'un panneau en bois
courbé
longitudinalement;
Fig. 3 est une vue en perspective montrant un exemple d'un panneau en bois
courbé
transversalement;
Fig. 4 est un organigramme montrant un exemple d'une méthode pour obtenir un
panneau
courbé;
Fig. 5 est un organigramme montrant un autre exemple d'une méthode pour
obtenir un
panneau courbé longitudinalement;
Fig. 6 est un organigramme montrant un autre exemple d'une méthode pour
obtenir un
panneau courbé transversalement; et
Fig. 7 est une photographie montrant des exemples de panneaux lattés courbés
en bois
massif, obtenus par la présente invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Dans la fig. 1, un exemple d'un panneau latté colle à plat 10 avant d'être
plié est montré. Il
se compose d'un certain nombre de lattes 12 en bois massif, collées entre elle
chant sur
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chant. Ce type de panneau peut être plié longitudinalement ou
transversalement, par
exemple.
Dans la fig. 2, un exemple d'un panneau 110 courbé longitudinalement est
montré. Le
panneau 110 se compose de 6 lattes pleines 112, 114, 116, 118, 120, 122 en
bois massif
qui sont assemblées chant sur chant. Les pièces 112, 114, 116, 118, 120, 122
sont pliées
leur longueur, autour de l'axe 124 et on peut dire qu'ainsi, le panneau courbé
110 est
longitudinalement plié . Ce type de panneau peut être utilisé pour fabriquer
un dossier de
chaise, par exemple.
Dans la fig. 3, un exemple d'un panneau 210 courbé transversalement est
montré. Il se
compose d'un certain nombre de lattes 212 en bois massif collées en parallèle
et orientées
selon l'axe 218. On peut dire qu'ainsi, le panneau est transversalement plié
. Ce type de
panneau peut être employé pour fabriquer un couvercle de cercueil, par
exemple.
Dans la fig. 4, on retrouve un organigramme qui illustre le processus
simplifié employé
pour faire un panneau latté qui sera courbé longitudinalement,
transversalement, ou
obliquement. Comme illustrée, l'étape de pliage est faite après l'étape du
panneautage.
Durant l'étape du panneautage, une certaine quantité de lattes est utilisée
pour assembler le
panneau par diverses techniques, mais il faut s'assurer que les joints soient
bien collés en
utilisant une colle appropriée.
Dans la fig. 5, on retrouve un organigramme qui illustre le processus détaillé
employé pour
faire un panneau latté en bois massif, courbé longitudinalement.
Dans la fig. 6, on retrouve un organigramme qui illustre le processus détaillé
employé pour
faire un panneau latté en bois massif, courbé transversalement. Un ensemble
d'essais a été
ainsi effectué pour valider le principe de pliage longitudinal et le pliage
transversal. Pour
chacun des essais, des panneaux ont été cintrés en utilisant un processus
semblable.
Chacun des essais fut réalisé selon les processus illustrés aux figures 5 et 6
selon qu'il
s'agit d'un cintrage longitudinal ou transversal. Des variables dans le
processus général ont
été apportées d'un essai à l'autre, tel que représenté dans les tableaux qui
suivent, afin
d'obtenir le meilleur résultat.
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Essais de pliage longitudinal
No. d'essais TH % Essence du Étuvage Compression Rayon de Type de Colle
Humidité bois Min. au pliage courbure presse utilisée
du bois (pouces) utilisée
1 25-30 Bouleau 15 Non 23 Plateaux Linestar
jaune chauffants 4610
(Nacan)
2 25-30 Bouleau 30 Non 23 Plateaux Pur-Fect
jaune chauffants Lok
(Nacan)
3 12-16 Bouleau 15 Oui 23 Haute Purbond
jaune fréquence HB-222
(Nacan)
4 12-16 Bouleau 15 Oui 6 Tables MUF 400
jaune pliantes (Tembec)
Pour le cintrage longitudinal, le processus général utilisé dans chacun des 4
essais est
représenté à la fig. 5. La méthode comprend l'utilisation d'une série de
planches de bouleau
jaune séché à l'air, ayant une épaisseur de 4/4 et une largeur variable. La
catégorie des
planches de bouleau jaune est sélect, SAP, ayant une face pâle (face exemple
de duramen).
Lors de chaque essai, des planches sélectionnées aléatoirement ont été testées
afin
d'obtenir leur niveau d'humidité hygroscopique (TH%), pour ainsi obtenir le
taux
d'humidité des lattes utilisées dans la confection des panneaux pour chacun
des 4 essais.
Cette humidité de départ est également indiquée dans le tableau ci-dessus.
Durant l'étape du panneautage, chaque panneau est fait en collant une quantité
variable de
lattes de largeurs variées chant sur chant avec la colle indiquée au tableau
ci-dessus. Il est
bon de noter que tous les panneaux sont plats après le collage, avant d'être
pliés. Le
collage du panneau est effectué directement dans la chambre d'étuvage en le
mettant sous
serres. La chaleur, 85-90 degrés Celsius, dans la chambre d'étuvage, a
contribué au
durcissement de la colle pendant l'étape d'étuvage de 15 ou 30 minutes selon
l'essai. Un
total d'une dizaine de panneaux a été fait pour chaque essai.
Le panneautage a été suivi d'une étape de dimensionnement des panneaux. Les
panneaux
ont été planés à 13/16 pouce et coupés à une longueur précise pour ajuster à
la tôle de
compression lorsqu'utilisée.
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Chaque panneau a ensuite été plié dans une presse hydraulique sur un moule. Le
type de
presse utilisée est indiqué dans le tableau ci-dessus. Lorsqu'une tôle de
compression a été
utilisée lors du pliage, cela est indiqué dans la colonne compression au
pliage également
dans ce tableau.
Les panneaux pliés ont, par la suite, été laissés à sécher naturellement, dans
des conditions
atmosphériques normales (équilibre hygroscopique de 6 à 8%).
Les panneaux pliés ont été inspectés afin de vérifier l'état des joints de
colle, l'apparence
des panneaux, tant sur la face concave que sur la face convexe. Les résultats
de cette
inspection pour chaque essai apparaissent dans le tableau présenté ci-dessous.
RÉSULTATS DES ESSAIS DE PLIAGE LONGITUDINAL
No. essais États des joints collés après le Quantité de bons Commentaires
pliage panneaux en % (note 1)
1 Environ 30 % des joints ont cédé 0 % Certains joints de colles
partiellement au pliage sont demeurés intacts
sur toute la longueur
2 Environ 50% des joints collés ont 0 % Certains joints de colle
cédé partiellement au pliage dont demeurés intacts
sur toute leur longueur
3 Les joints collés sont demeurés 85 % Utilisation d'une tôle de
intacts sur la face concave. Sur la compression
face convexe, on retrouve, sur les
mauvais panneaux, de petites
ouvertures.
4 Les joints collés sont demeurés 70 % Utilisation d'une tôle de
intacts sur la face concave. Sur la compression
face convexe, on retrouve, sur les
mauvais panneaux, de petites
ouvertures au centre de la courbure.
Note 1
Un panneau est considéré comme bon lorsque les joints de colle sont demeurés
intacts, sans ouverture sur la
face concave et convexe de celui-ci après le pliage et le séchage final.
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Essais de pliage transversal
No. d'essais TH % Essence du Étuvage Compression Rayon de Type de Colle
Humidité bois Min. au pliage courbure presse utilisée
du bois (pouces) utilisée
1 25-30 Bouleau 30 Non 23 Plateaux Linestar
jaune chauffants 4610
(Nacan)
2 25-30 Bouleau 30 Non 23 Plateaux Pur-Fect
jaune chauffants Lok
(Nacan)
3 25-30 Bouleau 15 Non 23 Haute Purbond
jaune fréquence HB-222
(Nacan)
4 12-16 Bouleau 15 Oui 18 Haute Purbond
jaune fréquence HB-222
(Nacan)
Pour le pliage transversal, le processus général utilisé dans chacun des 4
essais est
représenté à la fig. 6. La méthode comprend l'utilisation d'une série de
planches de bouleau
jaune séché à l'air, ayant une épaisseur de 4/4 et une largeur variable. La
catégorie des
planches de bouleau jaune est sélect, SAP, ayant une face pâle (face exempte
de duramen).
Lors de chaque essai, des planches sélectionnées aléatoirement ont été testées
afin
d'obtenir leur niveau d'humidité hygroscopique (TH%), pour ainsi obtenir le
taux
d'humidité des lattes utilisées dans la confection des panneaux pour chacun
des 4 essais.
Cette humidité de départ est également indiquée dans le tableau ci-dessus.
A l'étape du panneautage, chaque panneau est fait en collant une quantité
variable de lattes
de largeurs variées chant sur chant avec la colle indiquée au tableau ci-
dessus. Le collage
du panneau s'est effectué dans des serres de type-araignée. Il est bon de
noter que tous les
panneaux sont plats après le collage, avant d'être pliés. Le temps de séchage
et de
durcissement de la colle est en fonction de la fiche technique du fabricant de
la colle
utilisée. Un total d'une dizaine de panneaux a été fait pour chaque essai.
Le panneautage a été suivi d'une étape de dimensionnement des panneaux. Les
panneaux
ont été planés à 13/16 pouce et coupés à une largeur précise pour s'ajuster à
la tôle de
compression lorsqu'utilisée.
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Chaque panneau a été traité à la vapeur à l'aide d'une étuve à vapeur libre.
Cette opération
a été effectuée à 85-90 degrés Celsius pendant 15 ou 30 minutes selon
l'expérience.
Chaque panneau a ensuite été plié dans une presse hydraulique sur un moule. Le
type de
presse utilisée est indiqué dans te tableau ci-dessus. Lorsqu'une tôle de
compression a été
utilisée lors du pliage, cela est indiqué dans la colonne compression au
pliage, également
dans ce tableau.
Les panneaux pliés ont, par la suite, été laissés séchés naturellement, dans
des conditions
atmosphériques normales (équilibre hygroscopique de 6 à 8 %).
Les panneaux pliés ont été inspectés afin de vérifier l'état des joints de
colle, l'apparence
des panneaux, tant sur la face concave que sur la face convexe. Les résultats
de cette
inspection pour chaque essai apparaissent dans le tableau présenté ci-dessous.
RÉSULTATS DES ESSAIS DE PLIAGE TRANSVERSAL
No. essais États des joints collés après le Quantité de bons Commentaires
pliage panneaux en % (note 1)
1 Tous les joints collés sont demeurés 100 %
intacts sur les faces concave et
convexe.
2 La majorité des joints collés sont 75 %
demeurés intacts sur les faces
concave et convexe
3 Tous les joints collés sont demeurés 100 %
intacts sur les faces concave et
convexe.
4 Tous les joints collés sont demeurés 100 % Utilisation d'une tôle de
intacts sur les faces concave et compression
convexe.
Note 1
Un panneau est considéré comme bon lorsque les joints de colle sont demeurés
intacts, sans ouverture sur la
face concave et convexe de celui-ci après le pliage et le séchage final.
Une tôle de compression a pour objectif d'empêcher l'étirement de la fibre de
bois sur la
face convexe de la pièce de bois ou du panneau à courber. Dans les 2
extrémités de la tôle,
on retrouve une butée, le panneau est alors coupé à une dimension précise à la
distance
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exacte entre ces 2 butées. Dans l'étape du pliage, la tôle suit le panneau
dans la presse
jusqu'à la forme finale.
En conclusion, plus le rayon de courbure est petit, plus il est recommandé
d'utiliser une
tôle de compression. Le rayon de courbure est influencé par l'épaisseur du
bois à plier :
plus l'épaisseur du bois est importante, plus le rayon de courbure doit être
grand. Chaque
panneau a été plié à l'aide d'une presse de cintrage hydraulique. Les panneaux
pliés ont,
par la suite, été laissés à sécher naturellement, dans des conditions
atmosphériques
normales (équilibre hygroscopique de 6 à 8%).
La déformation produite sur les panneaux courbés, après séchage, est très
minime. Un
certain redressement s'est produit sur les panneaux pliés, mais pas plus que
ce qui est
normalement prévu pour une pièce unique, c'est-à-dire, sans collage. Un fait
très
intéressant est que le pliage d'un panneau en bois latté collé tolère certains
défauts que le
pliage de pièce individuelle n'accepterait pas au risque de cassures au
pliage. Par exemple,
les noeuds et le bois au fil oblique supportent l'effet du pliage lorsque ces
pièces sont
collées entre elles. Étant donné que ces défauts ne se retrouvent pas souvent
vis-à-vis les
uns des autres, les lattes exemptes de défauts supportent celles qui en ont.
On peut donc
s'attendre à une meilleure et plus grande utilisation de la ressource bois.
Il est normalement plus facile de plier un panneau transversalement que
longitudinalement. Lors d'un pliage longitudinal, les joints de colle sont
soumis à des
forces de cisaillement importantes. Par contre, lors d'un pliage transversal,
l'effort agit
entre les fibres du bois plutôt que sur la longueur des fibres en bois, et
l'effort sur les joints
de colle sont principalement ressenti par la tension entre les lattes de bois.
Les expériences ci-dessus décrites démontrent que le pliage de panneaux faits
de lattes en
bois massif est faisable et donne des résultats satisfaisants tout en
permettant la
récupération du bois, et ce, tant transversalement que longitudinalement. Ces
résultats
sous-entendent que le pliage oblique des panneaux est aussi bien faisable
puisque courber
obliquement est la combinaison d'un pliage transversal et longitudinal.
Si on tente de faire un panneau courbé en utilisant des lattes
individuellement pliées puis
assemblées les unes aux autres, le redressement inégal des pièces fera en
sorte que le
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panneau qui en résultera aura des surfaces inégales. Le rayon de pliage des
lattes entre
elles pourra être inégal et le panneau qui en résultera devra être retravaillé
afin d'obtenir un
produit satisfaisant.
Affleurer le panneau à plat sur son épaisseur avant de le plier est beaucoup
plus simple et
ne nécessitera aucune opération additionnelle après le pliage, si ce n'est
qu'un léger
sablage.
Plier le panneau plutôt que de plier les lattes individuellement pour les
assembler ensuite
peut sauver une quantité de temps considérable sans compter que la perte de
bois est de
beaucoup diminuée, étant donné le collage de lattes de largeurs variées, même
étroites.
Cela peut éliminer les opérations qui ne contribuent pas à la valeur ajoutée
et permet de
nouvelles applications. Par exemple, les dossiers de chaise qui étaient
habituellement faits
d'une pièce unique pourront maintenant être faits avec un panneau latté. Des
panneaux
courbés de plus grande dimension peuvent également être faits, parce que le
panneautage
permet beaucoup de flexibilité dans la taille finie des pièces, simplement en
assemblant
plus ou moins de lattes ensemble.
Dans le cas des panneaux pliés transversalement, le pliage du panneau peut
avantageusement sauver l'étape de devoir usiner un angle sur les chants des
pièces
composantes. En d'autre terme, assembler un panneau plat puis le plier peut
être réalisé en
peu de temps, selon un processus plus simple que d'assembler des lattes à
chants
angulaires pour, par la suite, les coller dans un moule, et de les affleurer
en respectant la
courbure désirée.
En plus des exemples ci-haut mentionnés dans ce document, plusieurs autres
alternatives
peuvent être considérées.
Par exemple, bien que les exemples décrits plus haut s'appliquent sur des
panneaux pliés
régulièrement sur toute leur surface, il est aussi possible de plier qu'une
partie de la
surface.
Le pliage du panneau peut être effectué à l'aide d'autres outils appropriés.
Par exemple,
l'utilisation de rouleaux plutôt qu'une presse peut être appropriée dans
certaines situations.
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Un choix approprié de colle joue un rôle important pour empêcher l'apparition
de failles
dans les joints de colle. La colle devrait pouvoir résister à la chaleur et à
l'humidité
auxquelles le panneau est exposé pendant l'étuvage et devrait également
pouvoir résister à
l'opération de pliage. Une colle adéquate peut être une colle dite
polyuréthane, de
mélamine contenant de l'urée formaldéhyde avec un catalyseur, une colle
blanche de type
PVA avec un catalyseur, pour ne donner que quelques exemples. Certaines colles
doivent
être évitées. En particulier, j'ai constaté que la colle PVA extérieure de
Lepage TM, ainsi
que la colle blanche PVA sans catalyseur n'étaient pas appropriées, au moins
dans
quelques applications.
Les bois durs désignés comme feuillus donnent de meilleurs résultats que les
résineux en
général. Les bois tels que l'acajou africain et l'eucalyptus ou lyptus sont de
préférence à
éviter. Les essences de bois recommandables sont les bois que l'on utilise
normalement en
panneautage et pliage industriel. Pour quelques applications, on peut
commencer le
processus avec des bois déjà secs, séchés au séchoir, plutôt que d'utiliser
des bois séchés a
l'air.
Après le pliage, les panneaux peuvent finir de sécher librement, à l'air
ambiant, où encore
dans un séchoir artificiel avec chaleur et humidité contrôlés.
J'ai courbé des panneaux faits de lattes en bois massif ayant une humidité
hygroscopique
se situant entre 8 et 30% et entre 1 /8 et 1 7/8 pouce d'épaisseur, après
avoir été chauffés à
la vapeur entre 2 et 60 minutes avant le pliage et ayant un rayon de courbure
supérieur à 2
pouces, par exemple.
Cette nouvelle façon de faire ouvre de belles perspectives du point de vue
technique et
économique pour les fabricants d'articles cintrés, tels des articles de sports
en bois, des
dossiers de chaises ou des portes d'armoires de cuisine, en bois massif, par
exemple.
