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ANGELA MAGALI LLAVÉ CAMPOS

EFFETS DE L’ANGLE D’ATTAQUE, DE

L’ORIENTATION DE COUPE ET DE LA

PROFONDEUR DE COUPE SUR LES EFFORTS DE

COUPE ET LA QUALITÉ DE SURFACE DU BOIS

D’ÉPINETTE NOIRE

Mémoire présentée

à la Faculté des études supérieures de l‟Université Laval

dans le cadre du programme de maîtrise en sciences du bois

pour l‟obtention du grade de maître ès sciences (M.Sc.)

DÉPARTEMENT DES SCIENCES DU BOIS ET DE LA FORÊT

FACULTÉ DE FORESTERIE, DE GÉOGRAPHIE ET DE GÉOMATIQUE

UNIVERSITÉ LAVAL

QUÉBEC

2011

© Angela Magali Llavé Campos, 2011

i

Remerciements

Je tiens tout d‟abord à remercier mon directeur de recherche, le professeur Roger

Hernández, qui m‟a offert la possibilité d‟effectuer ce travail de maîtrise et qui m‟a dirigé et

encouragé tout au long de sa réalisation.

Je remercie également mon codirecteur, le professeur Ahmed Koubaa, pour ses conseils et

ses commentaires, et tous les autres professeurs du département des sciences du bois et de

la forêt pour leurs conseils.

Je remercie le Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT)

qui a financé ce projet de maîtrise, ainsi que M. Benoît Laganière de FPInnovations pour

ses recommandations et son expertise.

Je remercie tous les techniciens et le personnel du Centre de recherche sur le bois (CRB) de

l‟Université Laval, pour leur disponibilité et judicieux conseils tout au long des différentes

phases expérimentales de ce travail.

Également, je profite de l‟occasion afin de remercier l‟ensemble des professeurs de la

Faculté de sciences forestières de l‟Université Nationale Agraire La Molina au Pérou, en

particulier le professeur Enrique Gonzales Mora qui m‟a beaucoup encouragé pour réaliser

cette maîtrise au Québec.

Enfin, ma profonde gratitude va à ma grande famille et tous mes ami(e)s qui m‟ont

vraiment encouragée dans mes études universitaires. Merci pour tout.

ii

Résumé

Le but du présent projet vise à déterminer les effets de l‟angle d‟attaque, de l‟orientation de

coupe et de la profondeur de coupe, sur les efforts de coupe et la qualité de surface pendant

l‟équarrissage du bois d‟épinette noire. Pour ce faire, l‟étude a comporté deux volets. Le

premier volet visait à déterminer les efforts de coupe avec un dynamomètre triaxial (placé

sur la table d‟amenage d‟une fraiseuse ayant un angle de couteau de 20° et une vitesse

d‟avance de 7.6 mm/s), lors des coupes faites avec 4 angles d‟attaque (35°, 45°, 55° et 65°), 4

orientations (0°-90°, 15°-75°, 30°-60° et 45°-45°) et 3 profondeurs (1, 2 et 3 mm). Le

deuxième volet comportait la mesure de la qualité de la surface obtenue avec un

profilomètre confocal muni d‟un stylo optique ayant une profondeur de champ de 24 mm.

Les critères d‟évaluation furent le fil arraché, l‟ondulation et la rugosité.

Les résultats ont montré qu‟au fur et à mesure que l‟angle d‟attaque augmente, les efforts de

coupe, le fil arraché, l‟ondulation et la qualité de surface diminuent. L‟angle d‟attaque de 65º a

produit les efforts de coupe les plus faibles et les meilleures qualités de surface,

indépendamment de l‟orientation et de la profondeur de coupe. Les effets de la profondeur

de coupe sur la variation des efforts de coupe et de la qualité de surface furent plus

importants que ceux de l‟orientation de coupe. Ainsi, au fur et à mesure que la profondeur

diminue, les effets de l‟orientation de coupe sur les efforts de coupe et la qualité de surface

se retrouvent amoindris. L‟application de ces résultats au travail d‟une équarrisseuse-

fragmenteuse est analysée.

iii

Avant-Propos

Le présent travail a été réalisé sous la direction de M. Roger Hernández, professeur au

département des sciences du bois et de la forêt de l‟Université Laval, et sous la codirection

de M. Ahmed Koubaa, professeur à l‟Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue.

Ce travail de recherche a été effectué aux laboratoires du Centre de recherche sur le bois

(CRB) de l‟Université Laval, grâce au financement du Fonds québécois de la recherche sur

la nature et les technologies (FQRNT) et de FPInnovations.

Ce document est présenté sous forme d‟un mémoire de publication. Il a été conçu selon les

critères de présentation adoptés par le comité des programmes de 2ième

et 3ième

cycles en

sciences du bois de l‟Université Laval, en juillet 1998.

Le présent document est constitué de trois chapitres. Afin de permettre une meilleure

compréhension du sujet traité dans ce travail, de l‟information générale sur l‟espèce traitée,

des aspects fondamentaux sur la coupe du bois et sur l‟étude de la qualité de surface, ainsi

que de l‟information sur le travail des équarrisseuses-fragmenteuses sont présentés au

chapitre 1 sous forme de revue de littérature. Dans ce même chapitre, on retrouve

également les hypothèses de recherche formulées ainsi que les objectifs à réaliser. Le

chapitre 2, quant à lui, décrit le matériel utilisé et explique de manière chronologique et

détaillée, les méthodologies expérimentales qui ont été utilisées au cours de cette étude.

Enfin, un article scientifique rédigé en français est présenté au chapitre 3.

Conformément à l‟article scientifique présenté dans ce mémoire, un article rédigé en

anglais: Effect of cutting angle, cutting orientation and cutting depth on the cutting

resistance and on the surface quality of black spruce wood, sera soumis sous peu pour fins

de publication dans la revue scientifique Annals of Forest Science.

iv

Avec tout mon amour à une femme sage et

courageuse, à toi maman.

v

Table des matières

Remerciements ......................................................................................................................... i

Résumé ................................................................................................................................... ii

Avant-Propos ........................................................................................................................ iii

Table des matières .................................................................................................................. v

Liste des tableaux ................................................................................................................ viii

Liste des figures ..................................................................................................................... ix

Introduction ............................................................................................................................. 1

CHAPITRE 1 .......................................................................................................................... 3

REVUE DE LITERATURE ................................................................................................... 3

1.1. Information générale sur l‟épinette noire ..................................................... 3

1.2. La coupe du bois .......................................................................................... 5 1.2.1. Types de coupe ............................................................................................ 7

1.2.2. Efforts de coupe ......................................................................................... 12 1.2.3. Facteurs affectant les efforts de coupe ....................................................... 15

1.3. La qualité de surface du bois ..................................................................... 18 1.3.1. Définition ................................................................................................... 18

1.3.2. Défauts de la surface .................................................................................. 19 1.3.3. Topographie de la surface .......................................................................... 20 1.3.4. Facteurs affectant l‟état de surface ............................................................ 27

1.4. Équarrisseuse-fragmenteuse ...................................................................... 30 1.4.1. Description générale et caractéristiques..................................................... 30 1.4.2. Performance de l‟équarrisseuse-fragmenteuse .......................................... 32

1.5. Hypothèses et objectifs de travail .............................................................. 34

CHAPITRE 2 ........................................................................................................................ 36

MATÉRIELS ET MÉTHODES ........................................................................................... 36

2.1. Matériel d‟essai .......................................................................................... 36 2.2. Préparation des échantillons ...................................................................... 36 2.3. Évaluation de la masse volumique basale .................................................. 37 2.4. Évaluation des efforts de coupe ................................................................. 37

2.5. Évaluation de la qualité de surface ............................................................ 39 2.6. Analyse statistique ..................................................................................... 41

2.6.1. Dispositif expérimental .............................................................................. 42 2.6.2. Premières analyses ..................................................................................... 42 2.6.3. Analyse de composantes principales ......................................................... 43 2.6.4. Analyse de corrélation ............................................................................... 44

vi

2.6.5. Analyse de variance ................................................................................... 45

2.6.6. Analyse de régression ................................................................................ 45

CHAPITRE 3 ........................................................................................................................ 47

ARTICLE SCIENTIFIQUE ................................................................................................. 47

Effets de l‟angle d‟attaque, de l‟orientation de coupe et de la profondeur de coupe sur

les efforts de coupe et la qualité de surface du bois d‟épinette noire ................................... 47

3.1. Résumé ....................................................................................................... 47

3.2. Introduction ................................................................................................ 48 3.3. Matériels et méthodes ................................................................................ 50

3.3.1. Évaluation des efforts de coupe ................................................................. 50

3.3.2. Évaluation de la qualité de surface ............................................................ 51 3.3.3. Analyse statistique ..................................................................................... 52

3.4. Résultats et discussion ............................................................................... 53

3.4.1. Analyse initiale .......................................................................................... 53 3.4.2. Évaluation des efforts de coupe ................................................................. 56 3.4.3. Évaluation de la qualité de surface ............................................................ 58

3.4.4. Analyse de la qualité de surface par rapport aux efforts de coupe ............ 65 3.5. Conclusions et recommandations .............................................................. 69

Conclusions générales ........................................................................................................... 71

Bibliographie ........................................................................................................................ 74

Annexe A .............................................................................................................................. 79

Tableau A.1. Efforts de coupe moyens lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 1

mm de profondeur de coupe avec quatre angles d‟attaque et quatre orientations de

coupe. .................................................................................................................................... 79



coupe. .................................................................................................................................... 80



coupe. .................................................................................................................................... 81

Annexe B .............................................................................................................................. 82

Tableau B.1. Qualité de surface lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 1 mm de

profondeur de coupe avec quatre angles d‟attaque et quatre orientations de coupe. ............ 82



vii



Annexe C .............................................................................................................................. 85

Tableau C. Résultats de l‟analyse principale de variance des efforts de coupe et des

facteurs de la qualité de surface. ........................................................................................... 85

Annexe D .............................................................................................................................. 86

Tableau D.1. Corrélation entre les efforts de coupe et la masse volumique basale

pour chaque condition de coupe. .......................................................................................... 86

Tableau D.2. Corrélations entre les facteurs de qualité de surface et la masse

volumique basale pour chaque condition de coupe. ............................................................. 87

viii

Liste des tableaux

Tableau 1.1. Propriétés physiques et mécaniques de l‟épinette noire á l‟état vert

(d‟après Jessome 1977). ....................................................................................... 6

Tableau 1.2. Paramètres généraux, norme ISO 4287 (1997). .............................................. 26

Tableau 2.1. Valeurs de corrélation de l‟analyse de composantes principales réalisée

avec les données d‟ondulation et de rugosité ..................................................... 45

Tableau 3.1. ANOVA des efforts de coupe requis à 65º d‟angle d‟attaque. ....................... 57

Tableau 3.4. Corrélation de Spearman entre les facteurs de qualité de surface (tous

les résultats obtenus à 65º d‟angle d‟attaque confondus). ................................. 60

Tableau 3.5. ANOVA des facteurs de qualité de surface obtenus à 65º d‟angle

d‟attaque. ............................................................................................................ 64

Tableau 3.6. Analyse de variance de la régression des facteurs de qualité de surface

obtenus à 65° d‟angle d‟attaque. ........................................................................ 64

Tableau 3.7. Équations de régression des facteurs de qualité de surface obtenus à 65°

d‟angle d‟attaque. ............................................................................................... 66

Tableau 3.8. Corrélations entre les facteurs de qualité de surface et les efforts de

coupe obtenus à 65º d‟angle d‟attaque (tous les résultats des orientations et

profondeurs de coupe confondus, n=199). ........................................................... 68

Tableau 3.9. Analyse de variance des régressions multiples des facteurs de qualité en

fonction des efforts de coupe pour 65º d‟angle d‟attaque (tous les résultats

des orientations et profondeurs de coupe confondus, n=118)............................... 69

ix

Liste des figures

Figure 1.1. Repartition de l‟épinette noire en Amerique du nord (d‟après Zhang et

Koubaa 2009). ...................................................................................................... 4

Figure 1.2. Deformation du bois avant que l‟effort de coupe dépasse la résistance du

bois (d‟après Hoadley 2000). ............................................................................... 6

Figure 1.3. Principaux types de coupe orthogonale (selon Hoadley 2000). .......................... 8

Figure 1.4. Copeau de type I, obtenu en direction 90º-0º, à un angle d‟attaque de 30º

et à 1,52mm de profondeur de coupe (d‟après Hernández 2009). ....................... 9

Figure 1.5. Copeau de type II, obtenu en direction 90º-0º, à un angle d‟attaque de 20º

et à 0,38mm de profondeur de coupe (d‟après Hernández 2009). ....................... 9

Figure 1.6. Copeau de type III, obtenu en direction 90º-0º, à un angle d‟attaque de

10º et à 1,52mm de profondeur de coupe (d‟après Hernández 2009). ................. 9

Figure 1.7. Transition du copeau de type B vers un copeau de type A. Le copeau de

type B a été obtenu à un angle d‟attaque de 60º et à 0,25 mm de

profondeur de coupe. Le copeau au centre a été obtenu à un angle

d‟attaque de 60º et à 0,5 mm de profondeur de coupe. Le copeau de type

A fut obtenu à un angle d‟attaque de 60º et à 1 mm de profondeur de

coupe (adaptée de Stewart 1979). ...................................................................... 11

Figure 1.8. Géométrie de la coupe orthogonale et des composantes de la force de

coupe résultante (selon Woodson et Koch 1970). ............................................. 14

Figure 1.9. Profils d‟evaluation de la qualité de surface. Pour le bois, la longueur de

base la plus utilisée frequemment pour separer les profils d‟ondulation et

de rugosité est 2,5 mm (adapté de Mummery 1992). ........................................ 22

Figure 1.10. Tête porte-outils de l‟équarrisseuse-fragmenteuse Comact, munie de 8

porte-couteaux avec leurs couteaux respectifs (Tiré de Passarini 2011). .......... 31

Figure 1.11. Porte-outil contenant un couteau plié composé de deux parties servant à

couper la surface des équarris (a) et à fragmenter les copeaux (b). (Tiré

de Kuljich 2009). ............................................................................................... 31

Figure 1.12. Schéma montrant l'action de coupe de la partie plus longue du couteau

plié et du contre-fer des équarrisseuses-fragmenteuses. À mesure que

l‟arête tranchante entre dans le bois, le couteau coupe une tranche

quasiment perpendiculaire au fil du bois. Cette tranche frappe ensuite le

contre-fer provoquant son éclatement et formant ainsi des copeaux (tiré

d‟Hernández et Quirion 1995). .......................................................................... 33

x

Figure 1.13. Variation de l‟orientation de coupe tout au long de la trajectoire de la

partie du couteau responsable de la finition. Dans la figure: r = rayon de

l‟axe de rotation de la tête porte-couteaux, et d = distance entre la barre

d‟appui et l‟axe de rotation de la tête. (Adapté d‟Hernández et al. 2010). ........ 33

Figure 2.1. Schéma de coupe des planches à partir d‟une bille. .......................................... 38

Figure 2.2. Schéma de coupe des échantillons à partir d‟une planche. ............................... 38

Figure 2.3. Échantillon utilisé pour l‟évaluation de la masse volumique basale. ................ 38

Figure 2.4. Dynamomètre triaxial Kistler 9257B. ............................................................... 40

Figure 2.5. Schéma de coupe des échantillons. ................................................................... 40

Figure 2.6. Distribution des lignes d‟évaluation pour la mesure de la qualité de

surface. ............................................................................................................... 40

Figure 2.7. Profilomètre confocal Micromeasure. ............................................................... 41

Figure 2.8. Distribution des échantillons dans un plan split-split-plot. ............................... 43

Figure 3.1. Schéma de coupe et de distribution des échantillons à partir d‟une

planche. .............................................................................................................. 51

Figure 3.2. Force parallèle en fonction de l‟orientation de coupe et des angles

d‟attaque de 35º et 65º. Usinage effectué à 3 mm de profondeur de coupe.

Les barres d‟erreur correspondent à l‟erreur type. ............................................. 55

Figure 3.3. Efforts de coupe moyens lors de l‟usinage de l‟épinette noire à 65º

d‟angle d‟attaque en fonction de quatre orientations et trois profondeurs

de coupe. Les barres d‟erreur correspondent à l‟erreur type. ............................ 57

Figure 3.4. Effets de l‟orientation et de la profondeur de coupe sur le fil arraché lors

de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º d‟angle d‟attaque. Les barres

d‟erreur correspondent à l‟erreur type. .............................................................. 62

Figure 3.5. Effets de l‟orientation et de la profondeur de coupe sur l‟ondulation

moyenne lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º d‟angle

d‟attaque. Les barres d‟erreur correspondent à l‟erreur type. ............................ 62

Figure 3.6. Effets de l‟orientation et de la profondeur de coupe sur la rugosité

moyenne lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º d‟angle

d‟attaque. Les barres d‟erreur correspondent à l‟erreur type. ............................ 63

Figure 3.7. Effet de la force parallèle sur le fil arraché pour trois profondeurs et

quatre orientations de coupe lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à

65º d‟angle d‟attaque. ........................................................................................ 66

xi

Figure 3.8. Effet de la force parallèle sur l‟ondulation moyenne Wa pour trois

profondeurs et quatre orientations de coupe lors de l‟usinage du bois

d‟épinette noire à 65º d‟angle d‟attaque. ........................................................... 67

Figure 3.9. Effet de la force parallèle sur la rugosité moyenne Ra pour trois

profondeurs et quatre orientations de coupe lors de l‟usinage du bois

d‟épinette noire à 65º d‟angle d‟attaque. ........................................................... 67

1

Introduction

L‟industrie du sciage au Québec a commencé à utiliser les équarrisseuses-fragmenteuses à

partir des années 60. L‟introduction de ces équipements par ces industriels modifia à ce

moment la façon d‟obtenir le bois de sciage et les copeaux. Actuellement, la majorité des

copeaux sont produits dans les scieries du Québec par ce type de machines. Les

équipements les plus répandus dans l‟Est canadien proviennent principalement des

équipementiers Sawquip et Comact.

L‟équarrisseuse-fragmenteuse permet de transformer des billes de faible diamètre en

équarris sans produire de la sciure. Cette machine produit ainsi des sciages destinés

principalement au bois de charpente, tout en produisant des copeaux destinés à la

fabrication des pâtes à papier. Les avantages économiques de cette machine et la

diminution du diamètre moyen du bois débité en scierie ont favorisé l‟utilisation de ces

machines au premier débitage.

Bien que l‟usinage à l‟aide d‟une équarrisseuse-fragmenteuse génère des équarris ayant une

qualité de surface assez satisfaisante, il reste encore certains aspects techniques qui doivent

être améliorés de manière à augmenter sa performance. Il est nécessaire, par exemple, de

développer une méthodologie d‟essais qui permettra de détecter l‟ondulation, la rugosité et

les défauts de surface, et de trouver des moyens de les corriger car la qualité de la surface

est un élément très important du travail de ces machines. C‟est pourquoi de nombreux

essais ont été faits pour détecter les paramètres affectant la topographie de la surface et qui

causent des défauts sur les faces de l‟équarri produit.

Un autre élément affectant la performance des équarrisseuses-fragmenteuses est la

consommation importante d‟énergie, à cause des efforts de coupe élevés. Les facteurs qui

affectent les efforts de coupe peuvent avoir des origines différentes. Il y a ainsi des facteurs

reliés à l‟alimentation (profondeur de coupe, largeur de coupe, vitesse d‟amenage,

orientation du fil par rapport à la coupe), d‟autres reliés à l‟outil de coupe (angle d‟attaque,

2

angle de dépouille, état d‟affûtage, angle de déviation) et ceux qui sont reliés à la pièce de

bois (espèce, teneur en humidité, température).

Le but de la présente étude a été de déterminer l'influence de l‟angle d‟attaque, de

l‟orientation du fil et de la profondeur de coupe sur la qualité de surface et les efforts de

coupe produits lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire [Picea mariana (Mill.) B.S.P] à

l‟état vert. Ces résultats seront ensuite intégrés au travail de l‟équarrisseuse-fragmenteuse

afin d‟améliorer la qualité de la surface des équarris produits. Nous avons travaillé avec

320 échantillons ayant une section de 30 mm x 30 mm, provenant de dix billes d‟épinette

noire à l‟état vert. Les efforts de coupe furent évalués suivant les directions parallèle et

normale alors que la qualité de surface fut évaluée selon le degré de fil arraché et de

topographie de la surface, soit l‟ondulation et la rugosité.

3

CHAPITRE 1

REVUE DE LITERATURE

1.1. Information générale sur l’épinette noire

L‟épinette noire appartient à la famille Pinaceae, son nom scientifique est Picea mariana

Mill. B.S.P. et son nom anglais est black spruce. Cette espèce, dont la croissance est

habituellement lente, atteint une hauteur d‟environ 9 à 15 m et un diamètre de 15 à 25 cm

(Mullins et Mc Knight 1981). L‟épinette noire vit en moyenne jusqu‟à 200 ans. Les arbres

possèdent un tronc droit avec un faible défilement et une cime pointue composée de petites

branches compactes et à bout relevé. L‟écorce est mince (entre 6 et 13 mm), rougeâtre ou

gris-brun. D‟apparence écailleuse ou déchiquetée quand l‟arbre est jeune, elle devient

foncée et se recouvre de grandes écailles quand l‟arbre est à maturité. Les principales

branches sont petites comparées à celles d‟autres épinettes. Les feuilles ressemblent à des

aiguilles linéaires à petites tiges et étalées de 0,5 à 1,5 cm de long, raides et d‟un vert

brunâtre clair. Les cônes mâles sont petits, nombreux et cylindriques. Les cônes femelles

ont une forme d‟oblongue à cylindrique et sont produits au bout ou proche du bout des

rameaux (Zhang et Koubaa 2009).

L‟épinette noire est une essence abondante répartie sur un vaste territoire sur tout le

continent (figure 1.1). De Terre-Neuve et du nord du Québec, elle pousse vers l‟ouest, dans

tout le nord du Canada jusqu‟à la côte ouest de l‟Alaska, puis vers le sud jusqu‟au centre de

la Colombie-Britannique et au centre et au sud du Minnesota, et vers l‟est jusqu‟au Rhode

Island et au Massachusetts (Little 1979).

4

Figure 1.1. Repartition de l‟épinette noire en Amerique du nord (d‟après Zhang et Koubaa

2009).

Le bois de l‟épinette noire varie de modérément léger et tendre à modérément tendre. Il est

presque blanc à marron jaunâtre pâle, sans différence ou presque entre l‟aubier et le

duramen, et il est brillant, sans odeur ni goût. Le bois sec devient gris pâle et montre un

effet argenté, il présente un fil droit et une texture assez fine (Panshin et de Zeeuw 1980;

Mullins et Mc Knight 1981). Les cernes annuels sont nets et clairement délimités par le

contraste entre le bois initial et le bois final, le premier plusieurs fois plus large que le

deuxième, la largeur moyenne des cernes est de 1,3mm (Jessome 1977).

Les rayons du bois d‟épinette sont très fins, pas visibles à l‟œil nu. Les trachéides font entre

25 et 30 μm de diamètre. Les ponctuations aréolées de la paroi radiale des trachéides du

bois initial se trouvent en rangées simples ou, très rarement, en lignes jumelées. Les

ponctuations menant aux parenchymes de rayon sont picéoïdes, de petite taille, homogènes

avec des bords marqués et en rangée simple horizontale. Les rayons sont de deux types,

unisériés (minces et nombreux, ils font de 1 à 20 cellules de hauteur ou plus) et fusiformes

(ils sont dispersés et comprennent un ou deux canaux résinifères transversaux). Les canaux

5

résinifères ont de cellules épithéliales à paroi épaisse, dont les lumens sont

occasionnellement remplis par des thylloïdes dans le bois de cœur. Le diamètre maximal

des canaux résinifères longitudinaux est d‟environ 135 μm et le diamètre des canaux

transversaux est normalement de moins de 30 μm (Panshin et de Zeeuw 1980).

Les principales propriétés physiques et mécaniques de l‟épinette noire sont présentées au

tableau 1.1. D‟après la masse volumique basale, l‟épinette noire devrait avoir une résistance

moyenne et une rigidité supérieure à la moyenne (Mullins et Mc Knight 1981).

Le bois d‟épinette noire sèche assez facilement, son retrait est moyen et ses qualités

d‟usinage sont assez bonnes. La colle et la peinture y adhèrent assez bien, alors que son

aptitude à l‟injection de préservatifs est très faible (Mullins et Mc Knight 1981). Il est

utilisé principalement comme bois à pâte et comme bois d‟œuvre. On l‟emploie dans la

construction générale (charpentes, revêtements, toitures, échafaudages, faux-planchers) et

surtout pour les travaux de menuiserie, les contenants (surtout pour la nourriture, grâce à

l‟absence de goût et d‟odeur qui le caractérise) et les tables d‟harmonie pour instruments de

musique. Il sert aussi à la fabrication de contreplaqués, de traverses de chemin de fer et aux

constructions navales (Panshin et de Zeeuw 1980; Mullins et Mc Knight 1981). Zhang et

Koubaa (2009) présentent un portrait exhaustif des différentes possibilités d‟utilisation du

bois de l‟épinette noire.

1.2. La coupe du bois

La coupe conventionnelle du bois résulte de l‟action de l‟arête tranchante d‟un outil sur une

pièce de bois. L‟outil soumet le bois à une contrainte mécanique croissante jusqu'à sa

rupture, ce qui provoque la formation de copeaux (figure 1.2). Les copeaux se détachent et

se différencient entre eux par leur dimension. On retrouve ainsi entre autres de la sciure,

des copeaux, des éclats et de la poussière de bois. La qualité de la surface obtenue suite à

l'usinage est reliée à la formation et au type de copeaux (Hoadley 2000) de même qu‟au

type de coupe, soit orthogonale ou périphérique.

6

Tableau 1.1. Propriétés physiques et mécaniques de l‟épinette noire á l‟état vert (d‟après

Jessome 1977).

propriété valeur

masse volumique basale (g/cm3) 0,406

retrait radial total (%) 3,8

retrait tangentiel total (%) 7,5

retrait volumique total (%) 11,1

module de rupture en flexion statique (MPa) 40,5

module d‟élasticité en flexion statique (MPa) 9100

contrainte maximale en compression parallèle au fil (MPa) 19,0

module d‟élasticité en compression parallèle au fil (MPa) 10100

dureté des côtés, contrainte maximale (N) 1680

cisaillement parallèle au fil (MPa) 5,49

Figure 1.2. Deformation du bois avant que l‟effort de coupe dépasse la résistance du bois

(d‟après Hoadley 2000).

7

1.2.1. Types de coupe

1.2.1.1. La coupe orthogonale

Cette coupe est définie comme la situation dans laquelle l‟arête tranchante de l‟outil est

perpendiculaire à la direction du mouvement de la pièce de bois et où la surface obtenue est

un plan parallèle à la surface originale (Koch 1964). La scie à ruban, la scie circulaire et la

trancheuse sont des exemples de machines qui travaillent sous cette forme de coupe.

McKenzie (1960) classe la coupe orthogonale en trois types, en employant deux chiffres, le

premier indiquant l‟angle entre l‟arête tranchante et le fil du bois, et le second représentant

l‟angle entre la direction de coupe et le fil du bois (figure 1.3).

1.2.1.1.1. Coupe en direction 90°-0°

Cette coupe est associée à l‟usinage du bois en direction parallèle au fil (figure 1.3). Le

tranchage longitudinal et le rabotage manuel sont réalisés selon cette direction de coupe.

D‟après Franz (1958), en coupe orthogonale 90°-0°, on génère trois types de copeaux, soit

les types I, II et III.

Le copeau de type I (figure 1.4) est formé lorsque le bois se fissure en avant du couteau. À

mesure que l‟outil de coupe avance, le copeau se déforme tel une poutre encastrée en porte-

à-faux pour être détaché aussitôt que la contrainte de flexion excède celle de rupture du

bois. Le fendage, qui suit la direction du fil, peut se propager au-dessous du plan de coupe,

en générant une surface qui montrera du fil arraché. La formation de ce type de copeau est

favorisée par l‟utilisation d‟un angle d‟attaque élevé (plus de 25°), ainsi que par une

profondeur de coupe (épaisseur de copeau) assez grande et une teneur en humidité du bois

près du point de saturation des fibres.

8

Figure 1.3. Principaux types de coupe orthogonale (selon Hoadley 2000).

Le copeau de type II (figure 1.5) se forme lorsque le mouvement de l‟outil de coupe

déforme le bois en avant de l‟arête tranchante en compression parallèle au fil et cause des

contraintes de cisaillement diagonales. Ainsi, la rupture du bois se produit le long d‟une

ligne qui s‟étend à partir de l‟arête tranchante de l‟outil en provoquant la formation d‟un

copeau en continu. Parmi les facteurs qui favorisent la formation du copeau de type II, on

remarque des angles d‟attaque moyens (entre 10° et 25°), des faibles profondeurs de coupe,

ainsi que des teneurs en humidité intermédiaires. La formation de ce type de copeau permet

de générer une bonne qualité de surface.

Le copeau de type III (figure 1.6) tend à se former de façon cyclique, suite à des ruptures

provoquées par compression et cisaillement parallèles au fil, devant de l‟arête tranchante du

couteau. Le copeau formé, qui n‟a pas une forme précise, est généralement attrapé par la

face d‟attaque et compacté contre celle-ci. Les conditions facilitant la formation de ce

copeau sont l‟emploi des angles d‟attaque petits ou négatifs, du bois ayant une teneur en

humidité très faible ou bien très élevée et l‟utilisation de couteaux émoussés. Les défauts

associés au copeau de type III sont le grain pelucheux et le fil soulevé.


La coupe 90°-90° se présente lorsque l‟arête tranchante du couteau et la direction de coupe

sont orientées perpendiculairement au fil du bois (figure 1.3). Les copeaux sont formés par

le cisaillement transversal et par la flexion des fibres produits par le passage de l‟outil de

coupe (Axelsson 1994). Les travaux reliés à ce type de coupe sont ceux qui sont faits avec

les scies à ruban, les scies circulaires et les outils à coupe longitudinale.

90º-0º

90º-90º

0º-90º

9

Figure 1.4. Copeau de type I, obtenu en direction 90º-0º, à un angle d‟attaque de 30º et à

1,52mm de profondeur de coupe (d‟après Hernández 2009).

Figure 1.5. Copeau de type II, obtenu en direction 90º-0º, à un angle d‟attaque de 20º et à


Figure 1.6. Copeau de type III, obtenu en direction 90º-0º, à un angle d‟attaque de 10º et à


10


Cette coupe, réalisée en direction perpendiculaire au fil, est employée surtout pour l‟activité

de déroulage traditionnel de billes ainsi que pour le tranchage (figure 1.3). Ce mode permet

d‟usiner le bois avec un minimum d‟effort, les forces de coupe sont ainsi plus faibles qu‟en

coupe 90º-0º.

Stewart (1979) signale qu‟avec ce type de coupe on obtient principalement deux types de

copeaux. Le copeau type A, lequel ressemble au copeau type I de la coupe 90°-0°, est

caractérisé par la propagation de fissures qui se produisent devant l‟outil de coupe et qui se

casse comme une poutre encastrée en porte-à-faux. Le copeau de type B, lequel ressemble

plutôt au copeau de type III en coupe 90°-0°, se caractérise par la présence de ruptures par

compression et cisaillement qui ont lieu devant l‟outil de coupe. Il existe une transition

graduelle du copeau de type B vers le type A lorsque l‟épaisseur de coupe augmente à un

angle d‟attaque fixe (figure 1.7). Stewart (1979) a proposé l‟utilisation d‟un angle d‟attaque

élevé combiné à une faible épaisseur de coupe pour obtenir une surface de bonne qualité.

1.2.1.2. La coupe périphérique

La coupe périphérique est produite par des couteaux installés sur un porte-outil rotatif. Les

copeaux sont formés de façon intermittente, car l‟action de l‟arête tranchante n‟est pas

continue comme dans le cas de la coupe orthogonale. La surface est formée par des traces

de couteau générées par l‟engagement successif de chaque couteau. La coupe périphérique

deviendrait orthogonale si le diamètre du porte-outil était égal à l‟infini. Le rabotage et le

dégauchissage sont des procédés utilisant ce type de coupe.

11

Figure 1.7. Transition du copeau de type B vers un copeau de type A. Le copeau de type B

a été obtenu à un angle d‟attaque de 60º et à 0,25 mm de profondeur de coupe.

Le copeau au centre a été obtenu à un angle d‟attaque de 60º et à 0,5 mm de

profondeur de coupe. Le copeau de type A fut obtenu à un angle d‟attaque de

60º et à 1 mm de profondeur de coupe (adaptée de Stewart 1979).

Dans ce type de coupe, le mouvement combiné de la pièce du bois et de l‟outil produit un

copeau en forme de virgule à épaisseur croissante. Il y a deux types de coupe périphérique:

la coupe en avalant et la coupe en opposition. La coupe en avalant est celle dans laquelle le

déplacement de la pièce et la trajectoire de l‟outil vont dans le même sens. Dans le cas de la

coupe en opposition, le sens du déplacement de la pièce de bois est opposé à la trajectoire

de l‟outil de coupe. Cette coupe génère une bonne qualité de surface étant donné que l‟on

peut mieux contrôler la formation du copeau. En effet la coupe commence par la partie

mince du copeau, puis le bois continuant à avancer et l‟outil à tourner, cette épaisseur

augmente et passe par un maximum peu de temps avant que le couteau sorte du bois. Par

contre, elle consomme plus d‟énergie que la coupe en avalant (Koch 1964; Hernández

2007).

1.2.1.3. La coupe oblique

La coupe oblique, contrairement à la coupe orthogonale, est faite avec un couteau ayant une

arête tranchante orientée obliquement à la direction du mouvement, ce qui génère des

changements dans la géométrie de l‟outil de coupe, et en conséquence dans les efforts de

coupe et la qualité de surface (de Moura et Hernández 2007).

L‟angle d‟inclinaison entre l‟arête tranchante et la direction de coupe constitue l‟angle

oblique. Kivimaa (1950) signale que lorsqu‟on coupe en direction parallèle au fil, la force

12

parallèle et l‟angle oblique ont une corrélation négative. Cependant, lorsqu‟on coupe à

travers le fil, la force parallèle reste stable ou augmente lorsque l‟angle oblique augmente.

1.2.2. Efforts de coupe

L‟usinage traditionnel est un processus qui implique le dépassement de la contrainte de

rupture. La contrainte est imposée au bois par action humaine ou mécanique à l‟aide d‟un

outil de coupe. La direction et l‟orientation des efforts de coupe sont contrôlées par le type

d‟outil de coupe et par le type de travail conduit par l‟opérateur ou la machine.

1.2.2.1. Composantes des efforts de coupe

La figure 1.8. montre la géométrie de la coupe orthogonale et les composantes de la force

de coupe résultante.

Terminologie de la figure 1.8 :

α Angle d‟attaque. Angle entre la face d‟attaque de l‟outil et un plan

perpendiculaire à la direction du mouvement de l‟outil.

β Angle du couteau. Angle entre la face d‟attaque et la face de dépouille.

γ Angle de dépouille. Angle entre la face de dépouille et la surface de

travail derrière l‟arête tranchante.

w Largeur du copeau non déformé.

t Épaisseur du copeau avant d‟être détaché de la pièce de bois.

Fp Force parallèle de l‟outil.

Fn Force normale de l‟outil.

R Résultante des composantes normale et parallèle.

ρ Angle de la force résultante. Angle dont la tangente est égale à la force

normale de l‟outil divisée par la force parallèle de l‟outil.

F Force de friction. Force qui agit dans l‟interface entre l‟outil et le copeau.

N Force normale de friction. Force normale à la face de l‟outil.

13

λ Angle entre la résultante (R) et la force normale de friction (N). Angle

dont sa tangente est égale à la force de friction divisée par la force

normale de friction.

Selon Kock (1964), deux types de forces de coupe interviennent en coupe orthogonale :

Fp Force parallèle de l‟outil, laquelle agit en direction parallèle au mouvement

relatif de l‟outil.

Fn Force normale de l‟outil, laquelle est perpendiculaire à la force parallèle et

perpendiculaire à la surface générée.

Pour séparer un copeau d‟une pièce de bois, l‟outil de coupe doit appliquer une certaine

force sur la pièce afin de vaincre la résistance de celle-ci. Cette force, appelée force

résultante peut être divisée en deux composantes, soit une force parallèle à la direction du

mouvement de l‟outil de coupe et une force normale à celle-ci. La force parallèle détermine

principalement la consommation d‟énergie et la force normale donne de l‟information sur la

pression que le couteau exerce sur la pièce du bois, ou inversement. Dépendamment de la

direction de la force résultante, la force normale peut être dirigée du couteau vers la surface

ou de la pièce de bois vers le couteau. Si le couteau exerce de la pression sur la pièce de

bois, la force normale sera positive. En revanche, si c‟est le copeau qui tire sur la pièce de

bois la force normale sera négative (Kivimaa 1950). Les forces normales positives sont

reliées à la présence de fil arraché tandis que les forces normales négatives sont reliées

plutôt à la production du fil pelucheux ou laineux (Palmqvist 2003).

En usinage, on remarque souvent une troisième force appelée force latérale. Cette dernière

est générée par certains facteurs tels que des singularités dans la structure du bois, comme

les changements de l‟orientation du fil, la présence de nœuds et les variations de la masse

volumique du bois, de même que par l‟usure de l‟outil de coupe (Axelsson 1994).

14

Figure 1.8. Géométrie de la coupe orthogonale et des composantes de la force de coupe

résultante (selon Woodson et Koch 1970).

1.2.2.2. Mesure des efforts de coupe

Selon Marchal et al. (2009), les efforts de coupe peuvent être mesurés par des mesures

directes et indirectes. Les mesures directes sont en général faites par des détecteurs placés

sur l‟outil ou sur la machine, selon le type de capteur. Ces détecteurs peuvent être des

capteurs de pression, des capteurs à jauges de résistance ou des capteurs piézoélectriques.

Les deux premiers sont plus économiques mais moins efficaces alors que le dernier est plus

cher et plus rigide. Ces capteurs sont utilisés dans la fabrication de dynamomètres, qui sont

des dispositifs conçus pour la mesure des efforts de coupe. De leur côté, les mesures

indirectes impliquent que les capteurs ne sont pas en contact avec la machine. Les efforts

dans ce cas peuvent être calculés par courant de Foucault.

Lors de l‟analyse du procédé de coupe, les efforts de coupe sont choisis fréquemment

comme les principaux facteurs utilisés pour la description physique du procédé. La mesure

des efforts de coupe permet l‟élaboration de modèles physico-mécaniques pour mieux

comprendre le phénomène observé pendant la coupe. En même temps, ces modèles

permettent de designer et d‟optimiser les procédés, les machines, les outils et la préparation

du bois à usiner. L‟analyse des efforts de coupe sert à optimiser la géométrie de l‟outil,

15

dont l‟angle d‟attaque, l‟angle de dépouille, l‟angle du couteau, la direction de l‟arête

tranchante de l‟outil et le design de la tête porte outil (Marchal et al. 2009).

1.2.3. Facteurs affectant les efforts de coupe

Koch (1964) mentionne que la force exercée par l‟outil, en coupe orthogonale est

influencée par une série de facteurs, tels que les facteurs reliés à l‟alimentation (profondeur

de coupe, largeur de coupe, vitesse d‟amenage, orientation du fil par rapport à la coupe), les

facteurs reliés à l‟outil de coupe (angle d‟attaque, angle de dépouille, angle du couteau,

affûtage) et les facteurs reliés à la pièce de bois (espèce, teneur en humidité, température).

La masse volumique est un des facteurs reliés à la pièce du bois qui affecte les efforts de

coupe. Woodson (1979) signale que les efforts de coupe sont proportionnels à la masse

volumique du bois. Ainsi, la coupe du bois de tulipier de Virginie (Liriodendron tulipifera

L.), ayant une masse volumique de 0,376 g/cm3, génère des efforts de coupe plus faibles

que la coupe du bois de chêne rouge (Quercus falcata Michx.), ayant une masse volumique

de 0,618 g/cm3.

1.2.3.1. Les angles de coupe

L‟angle du couteau est fonction de l‟angle d‟attaque et de l‟angle de dépouille, il diminue à

mesure que les angles d„attaque et de dépouille augmentent. Ainsi, une diminution de

l‟angle du couteau, à la faveur d‟une augmentation dans l‟angle d‟attaque, permet de

réduire les efforts de coupe. Koch (1985) signale que peu importe le procédé de coupe

orthogonale, l‟angle d‟attaque affecte énormément les efforts de coupe, ces deux facteurs

étant corrélés négativement. Cependant, une grande augmentation de l‟angle d‟attaque

pourrait générer un angle de l‟outil insuffisant pour supporter la contrainte générée pendant

la coupe (Stewart et Parks 1980).

16

L‟angle du couteau a également une forte influence sur l‟usure de l‟outil. Lorsque l‟arête

tranchante est émoussée, l‟angle d‟attaque effectif diminue et, de ce fait, les efforts de

coupe augmentent. Par ailleurs, l‟angle de dépouille n‟a pas un effet critique sur les efforts

de coupe. Cependant, lorsqu‟il est plus petit que 15º les efforts de coupe augmentent

modérément. Pour les couteaux émoussés, l‟angle de dépouille effectif diminue et lorsqu‟il

devient négatif les efforts de coupe augmentent. Par contre, si l‟angle de dépouille est trop

grand et l‟angle d‟attaque demeure constant, l‟usure de l‟outil sera plus rapide.

Lors du tournage des panneaux de fibres de densité moyenne, les efforts de coupe

augmentent rapidement lorsqu‟on diminue les angles de dépouille et d‟attaque. Si l‟angle

de dépouille est de 5°, la force normale dépasse même la force parallèle. Alors, si l‟on

coupe avec un angle d‟attaque de 10°, il faudrait travailler avec un angle de dépouille d‟au

moins 10° pour avoir un usinage performant. Des angles d‟attaque plus petits ont besoin de

dépouilles plus grandes. Ainsi, des angles d‟attaque inférieurs à 10° requièrent des angles

de dépouille d‟au moins 15°, alors que des angles d‟attaque supérieurs à 25° nécessitent des

angles de dépouille de 5° à 10° (Stewart 1991).

Néri (1998) a analysé le comportement des efforts de coupe lors de la coupe orthogonale

du bois de trois espèces d‟eucalyptus à l‟état saturé. Les orientations évaluées furent de

90°-0° et 90°-90° et les angles d‟attaque furent de 10°, 20°, 30° et 40°. Il confirme que,

pour les deux orientations, la force parallèle diminue à mesure que l‟angle d‟attaque

augmente. La force normale est positive lorsque la coupe est faite avec des petits angles

d‟attaque et elle devient négative au fur et à mesure que ces angles augmentent.

1.2.3.2. L’orientation de coupe

Pour séparer un copeau d‟une pièce de bois, il faut d‟abord provoquer une rupture

structurale à la jonction entre le copeau et la pièce de bois. Étant donné que la résistance du

bois varie avec l‟orientation du fil, les caractéristiques du copeau, les efforts de coupe et la

qualité de la surface seront très affectés par l‟orientation de la coupe (Koch 1985). Ainsi, du

17

bois d‟érable à sucre raboté à travers le fil, avec grands angles d‟attaque génère des efforts

de coupe plus faibles que celui suivant le fil (Stewart 1970).

D‟autres travaux montrent que les efforts de coupe requis pendant la coupe en direction

90 -90 sont plus élevés que pour la direction 90 -0 , et ces derniers sont plus élevés que

pour la direction 0 -90 . Dans le cas de cette dernière direction, lorsque la coupe s'effectue

suivant les rayons, les forces parallèles sont 12% plus élevées que lorsqu'elle est faite

perpendiculairement à ces derniers. Ceci a été observé sur du bouleau finlandais (Betula

verrucosa) à une teneur en humidité de 12%, un angle d‟attaque de 35 et une profondeur

de coupe de 0,1 mm. Ces écarts ont été attribués à la résistance des rayons (Kivimaa 1950).

À ce sujet, Reiterer et al. (2002) ont évalué l‟influence des rayons sur les propriétés

mécaniques et de rupture du bois de chêne et de frêne. Le bois orienté en direction radiale

fut plus résistant et rigide que le bois orienté en direction tangentielle. Ainsi, lorsque le

volume de rayons par rapport au volume de l‟échantillon augmente, la force de rupture

nécessaire pour séparer un échantillon en deux parties augmente aussi. Ces effets sont

toujours plus grands pour la direction radiale que pour la direction tangentielle. Donc, la

disposition des éléments ligneux par rapport à l‟arête tranchante du couteau et à la direction

de coupe a une importante influence sur les propriétés mécaniques du bois, et en

conséquence sur les efforts de coupe requis lors de la coupe.

1.2.3.3. La profondeur de coupe

En coupe orthogonale, la profondeur de coupe et l‟épaisseur du copeau non déformé sont

des synonymes (Koch 1985). L‟épaisseur du copeau est ainsi le facteur qui influence le plus

les efforts de coupe (Jodin 1994). En coupe orthogonale du type 90º-0º, les angles d‟attaque

supérieurs à 25º produisent en général des forces normales négatives, notamment à des

grandes profondeurs de coupe (Franz 1958; Woodson et Koch 1970).

Neri (1998) a effectué des mesures des efforts en coupe orthogonale du bois d‟eucalyptus à

l‟état saturé. Il signale qu‟en coupe 90°-0° la force parallèle augmente lorsque la

profondeur de coupe augmente et que cet effet augmente avec la diminution de l‟angle

18

d‟attaque. D‟autre part, l‟effet de la profondeur de coupe sur la force normale dépend de

l‟angle d‟attaque. Ainsi, pour un angle d‟attaque de 10°, la force normale augmente de

manière positive lorsque la profondeur de coupe augmente, mais pour les angles 20° et 30°,

la force normale est de plus en plus négative lorsque la profondeur de coupe augmente.

D‟autre part, en coupe orthogonale 90°-90°, l‟effet de la profondeur de coupe sur les efforts

de coupe est affecté par l‟angle d‟attaque employé.

En coupe oblique du bois d‟érable à sucre, de Moura et Hernández (2007) ont montré que

les forces parallèle, normale et latérale augmentent à mesure que la profondeur de coupe

augmente. La force parallèle, ainsi que la force normale, sont beaucoup plus affectées par la

profondeur de coupe et l‟angle oblique, que par l‟angle d‟attaque. La force latérale est par

contre plus affectée par la profondeur de coupe et l‟angle d‟attaque que par l‟angle oblique.

La force parallèle fut la plus sensible des trois composantes des forces.

1.3. La qualité de surface du bois

1.3.1. Définition

Selon Triboulot (1984), d‟un point de vue mathématique, une surface peut être décomposée

en fonctions polynomiales, mais pour le bois, un certain nombre de profils représentatifs

des surfaces sont extrêmement complexes à définir, et pourtant fréquemment rencontrés

(zone de vaisseaux, arrachement de fibres ou paquets de fibres). Il faut en conséquence

introduire la notion d‟échelle dans la mesure, et considérer les dimensions des éléments

anatomiques du bois. La surface se définit alors par rapport au niveau des dimensions

minimales des éléments que l‟on veut apprécier (microfibrilles, fibres, trachéides,

vaisseaux).

La qualité de surface du bois usiné est le résultat de la géométrie de la coupe, ainsi que du

type de copeau formé. Par exemple en coupe périphérique, les surfaces sont meilleures

lorsque la largeur et la hauteur de l‟onde d‟usinage sont minimales. Cela peut être accompli

19

en augmentant le diamètre du cylindre de coupe et le nombre de couteaux rectifiés, ou en

diminuant la vitesse d‟avance (Koch 1985).

1.3.2. Défauts de la surface

Parmi les défauts les plus fréquents générés lors de l‟usinage du bois, on retrouve les

suivants:

1.3.2.1. Fil arraché

C‟est un défaut qui se produit lorsque des particules du bois se cassent au-dessous de la

surface, habituellement quand le bois fend devant l‟outil en suivant le fil du bois. Au

rabotage 90°-0°, le fil arraché se présente généralement lorsqu‟on coupe du bois ayant une

faible résistance à la traction perpendiculaire et au fendillement, de même qu‟une résistance

élevée à la compression axiale. D‟autre part, des angles d‟attaques très grands peuvent

augmenter la sévérité de ce défaut, de même que des profondeurs de coupe très grandes et

du bois très sec ou très humide. Par rapport à la teneur en humidité du bois, on note une

augmentation du fil arraché au fur et à mesure que la teneur en humidité augmente. Celui-ci

est aussi fréquent lorsque la teneur en humidité est inférieure à 5% (Stewart 1980).

Le fil arraché est le défaut qui affecte le plus la qualité de surface. En coupe 90°-0°, il

résulte de la formation des copeaux du type I, qui sont générés lorsque la fente, produite

lors de la coupe, avance en dessous de la surface de coupe (Koch 1985). Ce défaut peut être

aussi causé par des couteaux mal affûtés ou bien détériorés par l‟usage. Il est aussi

influencé par la vitesse d‟amenage, ainsi que par l‟orientation du fil dans le bois (Panshin et

de Zeeuw 1964). En coupe 0°-90°, le fil arraché se produit de manière similaire à celui de

la coupe 90°-0°, avec, dans ce cas, la formation des copeaux de type A.

20

1.3.2.2. Fil laineux ou fil pelucheux

Ce défaut se produit lorsque des groupes de fibres ne sont pas proprement coupées, ce qui

provoque leur soulèvement au-dessus de la surface. Le fil laineux est aussi généré quelque

fois lors du ponçage et occasionnellement lors du rabotage. Il devient plus visible lorsque

les cellules gonflent par action de l‟humidité de l‟air ambiant. Ce sont les bois de feuillus

qui sont plus susceptibles de développer ce type de défaut comparativement aux bois de

conifères (Panshin et de Zeeuw 1964).

Les facteurs d‟usinage qui causent de la compression tels que les rouleaux presseurs, les

couteaux émoussés, la rectification exagérée des couteaux et les faibles angles d‟attaque

augmentent la probabilité d‟obtention du fil pelucheux (Stewart 1980).

1.3.2.3. Fil soulevé

Ce défaut est produit par le fait que le bois final des cernes se soulève davantage par

rapport au reste de la surface, suite à un comportement viscoélastique inégal des bois initial

et final. Il peut aussi se rendre plus visible avec les changements ultérieurs de la teneur en

humidité du bois (par des phénomènes de retrait et gonflement). Il se produira plus

fréquemment lors de l‟usinage des bois ayant une grande hétérogénéité intra-cerne et/ou

avec des outils de coupe émoussés. Cette distorsion peut également arriver lorsque les

pièces de bois sont usinées à faibles teneurs en humidité pour être ensuite exposées à des

conditions hygrothermiques élevées (Panshin et de Zeeuw 1964).

1.3.3. Topographie de la surface

La topographie d‟une surface représente une superposition d‟irrégularités avec différentes

longueurs d‟onde. Elle indique le niveau de rugosité et d‟ondulation, ainsi que l'erreur de

forme. La rugosité contient les irrégularités topographiques de faible longueur d‟onde,

tandis que l‟ondulation comporte les irrégularités dont la longueur d‟onde est plus

21

importante (Mummery 1992; Khazaeian 2006). Quant à elle, l‟erreur de forme correspond à

la portion du profil dont la longueur d‟onde est la plus grande.

1.3.3.1. Les profils d’analyse

L‟état d‟une surface peut être, a priori, caractérisé par un profil représentatif. Mais le bois

étant un matériel hétérogène et anisotrope, il faudrait prélever plusieurs profils afin de

complémenter l‟information donnée par chaque profil, et ainsi compter sur une évaluation

plus représentative et exacte de ce qui se passe dans la surface (Triboulot 1984).

On peut différencier 4 types de profils: le profil total, le profil primaire, le profil

d‟ondulation et le profil de rugosité (figure 1.9). Le premier est le profil de la surface tel

qu‟il est capté par l‟instrument de mesure tout au long de sa trajectoire et sert de point de

départ à tous les calculs. Le profil primaire se distingue du profil total par le fait qu‟il est

mis à niveau sur la longueur d‟exploration, c‟est-à-dire, la pente générale du profil a été

supprimée. Par la suite, il suffit d‟appliquer un filtre pour délimiter les profils d‟ondulation

et de rugosité. Cette délimitation va dépendre des conditions de mesure et de filtrage

employées lors de l‟évaluation topographique (Khazaeian 2006).

L'importance de la caractérisation des profils est qu‟elle permet de faire une évaluation

numérique de la surface en utilisant des paramètres standards. Cette évaluation quantitative

permet ainsi de faire des comparaisons fiables entre différentes surfaces (Gurău et al.

2006).

22

Figure 1.9. Profils d‟evaluation de la qualité de surface. Pour le bois, la longueur de base la

plus utilisée frequemment pour separer les profils d‟ondulation et de rugosité

est 2,5 mm (adapté de Mummery 1992).

1.3.3.2. Appareils de mesure

Plusieurs appareils sont disponibles pour mesurer l‟état de surface du bois. Ces derniers

peuvent être classés selon deux types: ceux qui permettent une évaluation par contact entre

le bois et le dispositif de mesure (rugosimètres mécaniques, exploration par palpage

mécanique, etc.), et ceux qui travaillent sans contact (méthode stéréo photométrique,

méthode optique: microscope confocal chromatique, triangulation laser, etc.). Cependant,

parmi toutes ces options seulement certaines sont applicables au bois.

La surface du bois a été principalement évaluée par les technologies par contact, tel que les

rugosimètres à palpeur (Mothe 1987; Zhao 1995). Ces appareils de mesure effectuent un

«palpage» mécanique le long d‟un profil en déplaçant un palpeur. Triboulot (1984) suggère

de faire attention au diamètre de la pointe du palpeur et à la pression appliquée par la pointe

sur la surface, lesquels peuvent influencer la prise de données en générant une mauvaise

estimation de la rugosité.

23

Les technologies sans contact ont l‟avantage de mesurer la surface sans risque de les rayer

et de fausser ainsi les mesures. Elles atteignent les performances des capteurs à contact en

termes de résolution et les surpassent parfois sur certains points tels que la rapidité et la

facilité de la mesure. Les appareils optiques les plus répandus dans l‟industrie du bois sont

ceux basés sur la triangulation laser (Funck et al. 1992). Ce type de capteur utilise un laser

qui projette un point de lecture sur la surface à mesurer. La position du point sur la surface

est repérée par un détecteur disposé sur le côté à un angle donné. L‟altitude est déduite à

partir de la connaissance de la parallaxe entre le laser et le point d‟observation. Bien que la

triangulation laser ait donné de bons résultats lors de l‟évaluation des surfaces du bois,

Sandak et Tanaka (2003) signalent que les mesures de rugosité à l‟aide de cette technique

seront affectées par la densité et la couleur du bois.

Par ailleurs, d‟autres technologies sans contact existent, lesquelles permettent des analyses

2D et 3D, comme le microscope confocal chromatique. Ce type de capteur utilise comme

senseur un faisceau de lumière blanche qui est émis sur la surface à travers un objectif

chromatique, qui disperse les longueurs d‟onde de la lumière le long de l‟axe optique.

L'altitude d‟un point en la surface est localisée par un spectromètre qui détermine quelle

longueur d'onde est focalisée sur la surface. Cet appareil a une excellente résolution

verticale et les mesures sont faites à haute vitesse (Digital Surf 2009).

1.3.3.3. Les filtres

Le filtrage est peut-être le facteur le plus décisif lors de l‟évaluation de la topographie de

surface, car il permet la séparation des composantes topographiques, telles que

l‟ondulation, la rugosité et les caractéristiques de forme d‟un profil de surface. Les

différences entre les composantes de la texture de surface sont basées sur la longueur

d‟onde de la surface. Ce qui sera considéré comme rugosité pour une pièce de bois pourrait

être pris comme ondulation ou erreur de forme pour d‟autres matériaux (Khazaeian 2006).

Le choix de la méthode de filtrage devient ainsi un aspect important lors l‟évaluation de la

24

qualité de surface. En fixant adéquatement une certaine longueur de base et en utilisant un

filtre adéquat, il est possible de séparer de façon satisfaisante la rugosité de l‟ondulation.

Il existe plusieurs types de filtres, toutefois la plupart ont été développés pour l‟analyse de

surface des métaux, surfaces beaucoup plus lisses que celles du bois. Le filtre gaussien

définit par la norme ISO 11562 (1996) est celui utilisé par défaut pour le filtrage des

profils. Cependant, il a pour effet de créer de fausses amplitudes lorsque la rugosité due à

l‟anatomie du bois est plus grande que celle due à l‟usinage (Krisch et Csiha 1999; Gurău

et al. 2005a, c, 2006). Dans ce cas, la ligne moyenne est perturbée par les saillies et creux

locaux modifiant ainsi légèrement la valeur des paramètres d‟état de surface. Le filtre

double-gaussien (ISO 13565 -1 1998) a alors été conçu pour corriger la tendance de ce

dernier à être perturbé par les creux locaux. Il s‟agit d‟un algorithme en plusieurs étapes,

basé sur deux filtrages successifs et une opération d‟écrêtage des creux permet d‟améliorer

le comportement du filtre près des creux.

Même si n‟importe quel filtre altère la forme réelle du profil (Sandak et Tanaka 2003), il

existe des filtres qui seront plus adéquats pour les surfaces de bois que d‟autres. Ainsi, le

filtre Gaussien Robuste (ISO 16610-31) est considéré comme le plus approprié, car il a une

bonne précision lors de l‟analyse de surfaces irrégulières (Fujiwara et al. 2004; Gurău et al.

2005b). Étant plus robuste, ce filtre permettra une meilleure approximation de la

topographie réelle, c‟est-à-dire avec moins de distorsions de la réalité (Brinkmann et al.

2000).

La sélection adéquate de la longueur de base est aussi très importante, parce qu‟elle permet

de discriminer la rugosité de l‟ondulation. Le choix de la longueur de base dépend

théoriquement de la nature du profil et de sa structure (Zani 2003). D‟après Krisch et Csiha

(1999), la sélection de la longueur de base devient très critique quand le filtre Gaussien

Robuste est utilisé pour le procédé de filtrage. Ils ont ainsi rapporté que la distorsion du

profil de rugosité est supérieure lorsque le profil est obtenu avec une longueur de base

courte. Dans le cas du bois, une longueur de base de 2,5 mm est, selon Gurău et al. (2006),

la plus convenable, car elle limite la création de fausses amplitudes.

25

1.3.3.4. Paramètres d’évaluation

Les principaux paramètres généraux définis par la norme ISO 4287 (1997) sont présentés

au tableau 1.2. La rugosité moyenne (Ra) est probablement le paramètre le plus utilisé lors

des études sur la topographie de surface. Ra correspond à la moyenne arithmétique de toutes

les ordonnées du profil par rapport à une ligne moyenne dans une longueur de base. La

rugosité moyenne quadratique (Rq) permet d‟augmenter la sensibilité aux valeurs extrêmes

du profil, i.e. sommets et creux. Ce paramètre est la racine carrée de la moyenne des carrés

des déviations par rapport à la moyenne. Khazaeian (2006) indique que Ra et Rq

représentent une mesure globale de la topographie de surface et que leur variation est

presque identique sauf que Rq est plus sensible aux défauts comme le fil pelucheux. Par

ailleurs, les paramètres d‟ondulation Wa et Wq semblent concorder à la vibration de la pièce

de bois ou de l‟outil de coupe pendant l‟usinage.

Le paramètre Wz est la hauteur moyenne du profil, qui représente la moyenne des

amplitudes entre les hauteurs des saillies et les profondeurs des creux sur l‟ensemble des

longueurs de base considérées. De même, le paramètre Rp permet de déterminer la plus

grande hauteur de sommets et le Rv la profondeur maximale des creux (Mummery 1992;

ISO 4287 1997).

Pour l'étude de la forme et de la distribution des aspérités, des paramètres statistiques tels

que les coefficients d'asymétrie (Rsk) et d'aplatissement (Rku) peuvent être utilisés. Ces

paramètres sont calculés à partir de la courbe de distribution d'amplitude, qui représente la

distribution des valeurs des déviations le long de l'amplitude du profil. Une valeur négative

de Rsk indique une plus grande concentration de matériau aux sommets du relief de

rugosité, tandis qu'une valeur positive révèle la prédominance de matériau à la base du

profil. D'autre part, une valeur de Rku inférieure à 3 signifie que les sommets et les creux

sont petits et nombreux, tandis qu'une valeur supérieure à 3 indique la présence d'aspérités

grandes, larges et moins nombreuses (ISO 4287-1 1984; Mummery 1992).

26

Tableau 1.2. Paramètres généraux, norme ISO 4287 (1997).

paramètre désignation définition

Rp, Wp, Pp

Hauteur de saillie maximale

du profil

Distance du point le plus haut du profil à la

ligne moyenne, à l‟intérieur de la longueur de

base.

Rv,Wv, Pv Profondeur de creux maximal

du profil

Distance du point le plus bas du profil à la

ligne moyenne, à l‟intérieur de la longueur de

base.

Rz, Wz, Pz Hauteur maximale du profil *Calculé par rapport à la longueur de base

Rt, Wt, Pt Hauteur total du profil

*Calculé par rapport à la longueur total

d‟évaluation

Ra, Wa, Pa Écart moyen arithmétique du

profil

Rq, Wq, Pq Écart moyen quadratique du

profil

Rsk, Wsk, Psk Facteur d'asymétrie du profil

Rku, Wku, Pku Facteur d'aplatissement du profil

Où:

l = lp, lr ou lw, dépendent de l‟analyse effectuée.

Rsk, Psk, et Wsk, ainsi que Rku, Pku et Wku sont définis de façon similaire.

Les paramètres sont constitués d'un préfixe en majuscule et d'un suffixe désignant la nature du

paramètre. Le préfixe est P pour les profils bruts, R pour les profils de rugosité et W pour les

profils d'ondulation.

27

1.3.4. Facteurs affectant l’état de surface

L‟état de surface est affecté autant par les paramètres d‟usinage que par les caractéristiques

anatomiques, physiques et mécaniques de l‟espèce de bois. Parmi les paramètres d‟usinage

qui ont une influence sur l‟état de surface, on retrouve le régime de coupe (vitesse de

coupe, profondeur de passe, etc.), la géométrie de l‟outil de coupe (angle d‟attaque, angle

de dépouille et angle de l‟outil), l‟état de l‟arête tranchante et de la face d‟attaque, l‟usure

de l‟outil, la température, la rigidité des éléments des machines d‟usinage, la présence ou

absence d‟une barre de pression, etc. (Triboulot 1984).

L‟effort de coupe est un facteur déterminant dans l‟apparition de défauts tels que le fil

arraché et le fil pelucheux. Lors de son étude sur les efforts de coupe en coupe

périphérique, Palmqvist (2003) rapporte que la force parallèle fourni de l‟information sur la

coupe proprement dite, donc sur la consommation d‟énergie. Par ailleurs, la force normale,

qui peut présenter des valeurs positives et négatives, est plus reliée à la qualité de surface

produite par la coupe. Ainsi, les valeurs positives de la force normale, qui indiquent une

action de traction sur la pièce de bois, sont liées à la présence de fil arraché, tandis que les

valeurs négatives de cette force, indiquant une action de compression sur le bois, sont liées

au fil pelucheux.

Le rabotage à travers le fil du bois de feuillus de faible densité fait avec de hautes vitesses

d‟amenage ou à des petits angles d‟attaque, génère une mauvaise qualité de surface. Une

faible densité implique une faible résistance mécanique du bois, ce qui favorise la

formation des fibres écrasées et déchirées (Stewart 1975). En outre, en coupe périphérique,

la rugosité augmente linéairement au fur et à mesure que la vitesse d‟avance augmente

(Iskra et Hernández 2009).

1.3.4.1. Les angles de coupe

Peu importe le type de coupe orthogonale, l‟angle d‟attaque influence le type de copeau

produit et la rugosité de la surface. Lorsque l‟arête tranchante est émoussée, l‟angle

28

d‟attaque effectif diminue, ce qui modifie la formation du copeau. L‟angle de dépouille n‟a

pas un effet critique sur la formation du copeau, mais lorsqu‟il devient négatif, la qualité de

la surface est affectée par la présence de grain pelucheux (Koch 1985) et de cellules

écrasées (Naderi et Hernández 1999; Hernández et Naderi 2001; Hernández et de Moura

2002; Hernández et Rojas 2002).

En coupe orthogonale à travers le fil (0º-90º), la qualité de surface s‟améliore au fur et à

mesure que l‟angle d‟attaque augmente (Stewart 1975; Stewart et Parks 1980) et que la

profondeur de coupe diminue (Stewart 1979). Cela est plus évident lorsque la coupe est

faite avec des angles d‟attaque supérieurs à 60°. Lors de la coupe avec des angles d‟attaque

plus petits (30° à 40°), des copeaux fragmentés se sont produits à cause d‟une compression

perpendiculaire au fil permanente. À de grands angles d‟attaque, le copeau commence son

roulement après la rupture initiale à partir de l‟arête tranchante, et par la suite la

compression perpendiculaire au fil est notablement réduite, spécialement en coupes minces.

Par conséquent, le bois est moins écrasé lorsqu‟on fait des coupes superficielles avec de

grands angles d‟attaque, ce qui génère des surfaces de meilleure qualité (Stewart 1979).

Lorsque le tournage des échantillons de panneaux de fibres de densité moyenne est fait

avec un faible angle de dépouille (i.e. 5º), la force normale augmente. Cela génère une

grande friction entre l‟outil de coupe et la pièce, ce qui augmente la température dans la

zone de coupe, en provoquant une surface endommagée par la présence des défauts tels que

le fil arraché et le fil pelucheux. En général, des angles de dépouille insuffisants, combinés

avec des petits angles d‟attaque, augmentent les défauts de surface. On doit donc usiner

avec un angle de dépouille suffisant afin d‟obtenir une bonne qualité de surface, notamment

lorsqu‟on travaille avec des angles d‟attaque de 10º ou moins (Stewart 1991).

1.3.4.2. L’orientation de coupe

Le rabotage à travers le fil des bois de feuillus génère des marques de couteaux moins

importantes, du fil arraché plus léger et une rugosité plus faible que le rabotage suivant le

fil (Stewart 1970, 1971). Cela serait le résultat d‟une séparation plus facile des fibres ainsi

29

que d‟une moindre compression de l‟arête tranchante sur la pièce. De plus, lors du rabotage

à travers le fil, certains paramètres de coupe tels que la vitesse d‟amenage, l‟angle d‟attaque

et la profondeur de coupe affectent à un degré moindre la qualité de surface par rapport au

rabotage suivant le fil.

En coupe périphérique du bois de feuillus, on obtient des défauts moins profonds, lorsqu‟on

rabote à travers le fil avec de grands angles d‟attaque (supérieurs à 60º), que lorsqu‟on le

fait suivant le fil avec les méthodes conventionnelles. La distribution perpendiculaire du fil

par rapport à la direction de coupe, lors du rabotage à travers le fil, empêche la prolongation

au-dessous de la surface de la pièce usinée de la rupture générée par clivage au-devant du

couteau, ce qui génère une surface plus uniforme (Stewart et Parks 1980). De même, Iskra

et Hernández (2009) signalent que lors du toupillage du bouleau à papier, la qualité de

surface par rapport à l‟orientation du fil a un comportement non-linéaire, rapportant que la

pire qualité de surface fut observée en coupe contre le fil.

1.3.4.3. La profondeur de coupe

En coupe orthogonale à travers le fil du bois de feuillus, la compression perpendiculaire au

fil est notablement réduite lors de coupes minces. L‟effort de coupe nécessaire pour séparer

les fibres est alors moindre, ce qui fait que la coupe devient plus stable et le bois moins

écrasé. La qualité de surface devient alors meilleure lorsque la profondeur de coupe

diminue. De même, l‟effet de la profondeur de coupe est beaucoup plus important à des

grands angles d‟attaque (50° à 60°) (Stewart 1979). D‟autre part, en coupe périphérique

(rabotage), les défauts tels que le fil arraché peuvent être provoqués ou produits davantage

par de très grandes profondeurs de coupe (Stewart 1980).

Lors de la coupe oblique du bois d‟érable à sucre, des profondeurs de coupes plus grandes

tendent à provoquer une surface beaucoup plus rugueuse (de Moura et Hernández 2007).

Par contre, en toupillage du bois de bouleau à papier, la profondeur de coupe n‟a eu aucun

effet significatif sur la qualité de surface peu importe l‟orientation du fil par rapport à la

coupe (Iskra et Hernández 2009).

30

1.4. Équarrisseuse-fragmenteuse

1.4.1. Description générale et caractéristiques

Parmi les équarrisseuses-fragmenteuses employées au Québec, les marques les plus

connues sont Sawquip et Comact. Ces machines possèdent deux têtes porte-outils placées

face à face et qui tournent suivant leur axe à une vitesse constante. Chaque tête est

composée de six ou huit porte-couteaux, chacun avec un contre-fer et un couteau (figure

1.10). Les couteaux sont uniformément distribués autour de la tête et leur forme comporte

deux parties distinctes, soit une plus courte servant à faire la face de l‟équarri, soit une plus

longue qui fragmente les copeaux (figure 1.11) (Hernández et Quirion 1993, 1995,

Hernández et Lessard 1997, Hernández et Boulanger 1997).

L‟équarrisseuse-fragmenteuse a été conçue afin de transformer des billes de faible diamètre

en équarris et en copeaux sans production de sciure ou particules fines. L‟obtention de

particules de bois à l‟aide de cette machine est généralement associée à une coupe de type

orthogonale. Cette coupe a comme but, d‟une part, de préparer de copeaux avec des

dimensions et formes adéquates pour la fabrication de pâte, et d‟autre part, d‟obtenir des

équarris dont les surfaces sont exemptes de défauts majeurs (Hernández 2007).

Bien que la fabrication de cette machine a conduit à des progrès importants du côté

performance, elle produit encore une proportion importante de copeaux considérés trop

épais, c‟est-à-dire, au-dessus de 8 mm d‟épaisseur. Il faut donc augmenter la production de

copeaux ayant des dimensions adéquates pour les procédés de mise en pâte tout en limitant

la production des défauts dans la surface de l‟équarri produit (Hernández et Quirion 1993,

1995, Hernández et Lessard 1997, Hernández et Boulanger 1997, Hernández et al. 2010).

31

Figure 1.10. Tête porte-outils de l‟équarrisseuse-fragmenteuse Comact, munie de 8 porte-

couteaux avec leurs couteaux respectifs (Tiré de Passarini 2011).

Figure 1.11. Porte-outil contenant un couteau plié composé de deux parties servant à

couper la surface des équarris (a) et à fragmenter les copeaux (b). (Tiré de

Kuljich 2009).

b

a

32

1.4.2. Performance de l’équarrisseuse-fragmenteuse

L'action de coupe d‟une équarrisseuse-fragmenteuse suggère qu‟une tranche de bois

correspondant à l‟avance de chaque couteau est obtenue initialement. Une fois formée, cette

tranche est immédiatement projetée vers le contre-fer. Les contraintes exercées vont

produire la fragmentation en copeaux par fendage longitudinal (figure 1.12) (Hernández et

Quirion 1993, 1995).

Hernández (2007) énumère plusieurs facteurs affectant la performance de l‟équarrisseuse-

fragmenteuse. Par exemple, le diamètre de la tête porte-couteaux affecte le rayon de

courbure du cylindre de coupe, ce qui aura un effet direct sur la consommation d‟énergie.

La position relative de la bille à l‟entrée de la machine par rapport à l‟axe de rotation de la

tête porte-couteaux va influencer le mécanisme de coupe. Ainsi, cette coupe peut passer

d‟une direction perpendiculaire à la bille, au-dessus de celle-ci, lorsque l‟alimentation se

fait au niveau du centre de l‟axe de rotation de la tête porteuse des couteaux, à une direction

oblique à la bille lorsque les couteaux sortent ou terminent la coupe. En conséquence, les

forces de coupe et l‟énergie requise varieront tout au long du parcours de la bille. Dans la

figure 1.13 on note qu'au début, l‟arête tranchante rentre avec une orientation d‟environ 0º-

90º, pour sortir à la fin avec une orientation plus inclinée, soit autour de 45º-45º.

L‟inclination d‟entrée et de sortie du couteau variera selon la distance entre la barre d‟appui

et le centre de l‟axe du porte couteau, ainsi que selon le diamètre de la bille et la largeur de

coupe.

Le dessin du contre-fer, soit entre autres l‟angle et la distance entre la pointe du contre-fer

et l‟arête tranchante du couteau ont une influence directe sur l‟épaisseur des copeaux et la

production de fines et de copeaux en aiguille. Hernández et Quirion (1993) suggèrent qu‟un

angle de contre-fer de 30° et une distance entre la pointe du contre-fer et l‟arête tranchante

du couteau de 22,5 mm (en hiver) et de 15,9 mm (en été) sont les plus appropriés pour la

fragmentation de billes d‟épinette noire.

33

Figure 1.12. Schéma montrant l'action de coupe de la partie plus longue du couteau plié et

du contre-fer des équarrisseuses-fragmenteuses. À mesure que l‟arête

tranchante entre dans le bois, le couteau coupe une tranche quasiment

perpendiculaire au fil du bois. Cette tranche frappe ensuite le contre-fer

provoquant son éclatement et formant ainsi des copeaux (tiré d‟Hernández et

Quirion 1995).

Figure 1.13. Variation de l‟orientation de coupe tout au long de la trajectoire de la partie du

couteau responsable de la finition. Dans la figure: r = rayon de l‟axe de

rotation de la tête porte-couteaux, et d = distance entre la barre d‟appui et

l‟axe de rotation de la tête. (Adapté d‟Hernández et al. 2010).

Alimentation

Couteau

Contre-fer

Distance

Bille

Pointe du contre-fer

Fil

Porte-couteau

Babbit

34

Hernández et Quirion (1995) ont rapporté que l‟épaisseur des copeaux augmente à mesure

que la largeur et la hauteur de coupe augmentent. Cependant, ils n‟ont pas pu dissocier

lesquelles de ces deux variables était la responsable de cette variation. Dans une étude plus

approfondie, Hernández et Lessard (1997) ont démontré que la largeur de coupe était celle

qui avait un effet significatif sur la distribution des dimensions de copeaux d‟épinette noire

tandis que la hauteur n‟avait qu‟un effet négligeable. Ainsi, l‟épaisseur des copeaux décroît

au fur et à mesure que la largeur de coupe diminue.

L‟effet de la vitesse de coupe d‟une équarrisseuse-fragmenteuse Swecan sur la

granulométrie des copeaux d‟épinette noire fut étudié par Hernández et Boulanger (1997).

Les résultats montrent qu‟une augmentation de la vitesse de 119 à 172 mètres par minute

produit une diminution de l‟épaisseur des copeaux, ce qui génère une augmentation des

copeaux acceptables, une diminution des copeaux surdimensionnés, mais une augmentation

des copeaux minces et des fines.

Hernández et al. (2010) ont évalué la qualité de surface des billes d‟épinette noire

fragmentées selon deux largeurs de coupe, six hauteurs de coupe et sous des conditions de

gel et dégel des billes. La hauteur et la largeur de coupe ainsi que la température des billes

ont affecté la qualité de surface des équarris. Cette dernière était plus rugueuse, plus

ondulée et le fil arraché plus profond lorsque la largeur de coupe était plus grande. La

meilleure qualité fut obtenue à partir de la fragmentation de billes non gelées, avec la plus

faible largeur et hauteur de coupe. De plus, pour un même équarri, la surface a été

meilleure dans la partie supérieure du petit bout des équarris.

1.5. Hypothèses et objectifs de travail

Les hypothèses de recherche formulées dans le présent travail étaient les suivantes :

Les efforts de coupe diminuent et la qualité de surface s‟améliore lorsque l‟angle

d‟attaque augmente.

35

Les efforts de coupe diminuent et la qualité de surface s‟améliore lorsque la

profondeur de coupe diminue.

Les efforts de coupe et la qualité de surface sont affectés par le changement de

l‟orientation de coupe.

Le but de ce projet de recherche est donc de déterminer l‟effet de l‟angle d‟attaque, de

l‟orientation de coupe et de la profondeur de coupe sur les efforts de coupe et la qualité de

surface de billes d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P) lors de l‟équarrissage à

l‟aide d‟une équarrisseuse-fragmenteuse. Cette expérience a été réalisée en deux étapes,

soit par l‟évaluation des efforts pendant la coupe et par la caractérisation de la qualité de

surface générée par les différentes conditions de coupe.

36

CHAPITRE 2

MATÉRIELS ET MÉTHODES

2.1. Matériel d’essai

Dix billes d‟épinette noire [Picea mariana (Mill.) B.S.P] à l‟état vert, d‟une longueur

moyenne de 2,4 m et d‟un diamètre moyen de 18 cm (diamètre minimal de 13 cm et

diamètre maximal de 27 cm), provenant de la forêt Montmorency et de la région de

Chibougamau, au Québec, furent utilisées pour l‟obtention des échantillons. Les billes

étaient droites, sans pourriture visible et avaient un minimum de nœuds. Les billes non

écorcées furent enveloppées avec un film de polyéthylène, afin de limiter la perte

d‟humidité, et entreposées dans un congélateur à -5°C jusqu‟à leur utilisation.

2.2. Préparation des échantillons

Chaque bille a été sciée sur dosse à l‟aide d‟une scie à ruban afin d‟obtenir deux planches

de 39 mm d‟épaisseur et de largeur variable. La coupe était effectuée de manière telle à

obtenir une dosse de 25 mm d‟épaisseur maximale (figure 2.1). Cette dosse est

éventuellement transformée en copeaux par l‟équarrisseuse-fragmenteuse. Par ailleurs, la

face extrême des planches était située à l‟endroit où l‟on obtient normalement les faces de

l‟équarri suite au travail de la machine. Sur chaque planche, on a ensuite tracé seize

échantillons ayant une largeur de 30 mm. Les 4 premiers échantillons ont été éboutés

suivant une orientation du fil de 0°, les 4 suivants de 15°, les 4 autres de 30° et les 4

derniers de 45° (figure 2.2). On a alors obtenu une série de 16 échantillons jumelés par

planche, comportant 4 différentes orientations de fil. On a également tiré deux échantillons

par planche pour la mesure de la masse volumique basale. Les échantillons appartenant à

37

chaque série devraient avoir des caractéristiques similaires car ils provenaient d‟une même

planche. Ces derniers ont été obtenus dans des zones libres des nœuds ou de pourriture.

2.3. Évaluation de la masse volumique basale

Quarante échantillons d‟épinette noire à l‟état saturé, ayant une section de 30 mm x 30 mm

et différentes longueurs, ont été coupés en réduisant leurs épaisseurs à 15 mm, pour

évaluer la masse volumique dans la zone où les mesures de forces de coupe furent faites

(figure 2.3).

Les échantillons ont été immergés dans un contenant rempli d‟eau déminéralisée, lequel

était posé sur une balance, afin d‟obtenir leur volume saturé (Vs) au 0,01 g près. Ils ont

ensuite été séchés dans une étuve à 102°C±2°C pendant au moins 48 heures pour s‟assurer

de l‟obtention d‟une masse constante.

Après séchage, les échantillons ont été placés dans des dessiccateurs contenant du P2O5

pendant 30 minutes, afin de les refroidir et mesurer la masse anhydre (Mo). Celle-ci a été

déterminée à l‟aide d‟une balance digitale au 0,01 g près. La masse volumique basale a été

calculée selon la formule suivante :

2.4. Évaluation des efforts de coupe

Les échantillons ont été coupés à l‟aide d‟une fraiseuse universelle avec un angle de

couteau de 20° et une vitesse d‟avance de 7,6 mm/s. Le couteau fut placé pour obtenir et

évaluer 4 angles d‟attaque, soit 35°, 45°, 55° et 65°. Les 4 orientations de coupe mesurées

furent: 0°-90°, 15°-75°, 30°-60° et 45°-45°. Ces conditions furent répétées à trois

profondeurs de coupe, soit 1, 2 et 3 mm.

38

Figure 2.1. Schéma de coupe des planches à partir d‟une bille.

Figure 2.2. Schéma de coupe des échantillons à partir d‟une planche.

Figure 2.3. Échantillon utilisé pour l‟évaluation de la masse volumique basale.

25mm

39mm

45°

Échantillon pour l‟évaluation de la masse

volumique


volumique

45°-45° 30°-60° 15°-75° 0°-90°

35° 55° 65°

Zone de

coupe 15mm

15mm

39

Les échantillons furent montés sur la plaque d‟un dynamomètre triaxial Kistler 9257B

(figure 2.4), qui était placé sur la table d‟amenage de la fraiseuse. Les efforts de coupe ont

été ensuite mesurés à travers un cristal de quartz (composante interne du dynamomètre), par

effet piézoélectrique. Les données ont été recueillies en volts (100 mesures par seconde),

pour être transformées automatiquement en newtons (N). Toute l‟information générée lors

de la coupe fut enregistrée et traitée avec le logiciel Dynoware.

Chaque échantillon a subi trois coupes correspondant aux 3 différentes profondeurs. Avant

chaque nouvelle coupe, on redressait la surface à l‟aide d‟une toupie, pour éviter l‟influence

de la coupe précédente sur la suivante. La figure 2.5 montre le schéma de coupe des

échantillons.

Suite à chaque coupe, les échantillons étaient remis dans l‟eau pour garder leur état saturé

et continuer ensuite avec les mesures de la qualité de surface.

2.5. Évaluation de la qualité de surface

Trois lignes repères ont été tracées sur la surface fraichement coupée. La longueur

d‟évaluation variait entre les échantillons, dépendamment de la longueur de ceux-ci.

L‟écart entre la longueur d‟évaluation et les bords extrêmes de l‟échantillon fut de 5 mm,

alors que l‟écart entre les lignes fut de 7,5 mm (figure 2.6).

L‟état de la surface obtenue a été mesuré avec un profilomètre confocal chromatique à

champ étendu Micromeasure (figure 2.7) muni d‟un stylo optique ayant une profondeur de

champ de 24 mm (la profondeur de champ est la distance qui sépare les plans inférieurs des

plans supérieurs qui limitent le profil d‟évaluation). Les données acquises ont été

enregistrées à l‟aide du logiciel Surface Map 2.4.13, avec un filtre Gaussien Robuste (ISO

16610-31) et une fréquence d‟acquisition de 30 Hz, une longueur de base de 2,5 mm et une

vitesse d‟avance de 2,5 mm/s.

40

Figure 2.4. Dynamomètre triaxial Kistler 9257B.

Figure 2.5. Schéma de coupe des échantillons.

Figure 2.6. Distribution des lignes d‟évaluation pour la mesure de la qualité de surface.

2mm

1mm

3mm

30mm

redressement

redressement

5mm

7,5mm

41

Figure 2.7. Profilomètre confocal Micromeasure.

Les paramètres de mesure de qualité de surface ont été obtenus avec le logiciel

MountainMap basé sur la norme ISO 4287-1998. On a utilisé cinq paramètres pour

l‟évaluation de la rugosité, soit Ra, Rq, Rp, Rv et Rz, et cinq autres pour l‟ondulation, soit

Wa, Wq, Wp, Wv et Wz. À partir des profils enregistrés pour l‟évaluation de la topographie

de la surface (rugosité et ondulation), on a également évalué la profondeur des creux causés

par l‟arrachement du fil, en isolant le creux le plus profond de chacun des profils.

2.6. Analyse statistique

Les analyses statistiques furent realisées à l‟aide du logiciel Statistical Analysis Sofware

(SAS) 9.2 (SAS Institute 2007). La procédure statistique utilisée fut la procédure MIXED,

car elle permet de considérer l‟effet aléatoire de la planche d‟où les échantillons

provenaient.

42

2.6.1. Dispositif expérimental

Quarante-huit différentes conditions de coupe ont été évaluées, avec vingt répétitions par

condition. Les variables analysées furent les suivantes:

Variables indépendantes:

Orientation de coupe: 0°-90°, 15°-75°, 30°-60° et 45°-45°.

Angle d‟attaque: 35°, 45°, 55° et 65°.

Profondeur de coupe: 1 mm, 2 mm et 3 mm.

Variables dépendantes:

Effort de coupe: force parallèle et force normale.

Qualité de surface: fil arraché, ondulation et rugosité.

Le dispositif expérimental principal a consisté en un plan en tiroirs subdivisés ou split-split-

plot, ayant comme parcelle principale l‟orientation de coupe, comme sous-parcelle l‟angle

d‟attaque et comme sous-sous-parcelle la profondeur de coupe. La figure 2.8 montre la

distribution des échantillons dans chacune des parcelles, sous parcelles et sous-sous

parcelles.

2.6.2. Premières analyses

La première analyse fut une analyse de variance en plan split-split-plot. Cette analyse fut

appliquée sur les données brutes, sauf dans les cas du fil arraché, où les données ont été

transformées en les élevant à la puissance -0,35, et de la force parallèle où les données ont

suivi une transformation log. L‟analyse de variance des efforts de coupe a été déterminée

sur 840 observations avec 7 données manquantes, tandis que l‟analyse de variance des

facteurs de qualité de surface a été effectuée sur 960 observations avec neuf observations

manquantes.

43

Figure 2.8. Distribution des échantillons dans un plan split-split-plot.

Suite à cette première analyse de variance, et dans le but de simplifier l‟étude statistique, un

test LSD (Least Significant Difference) a été appliqué pour déterminer les différences entre

les traitements pour chacune des variables dépendantes, cela à un niveau de 5% de

probabilité. Ce test a dévoilé que, indépendamment de l‟orientation de coupe et de la

profondeur de coupe, l‟angle d‟attaque de 65º a toujours produit les efforts de coupe les

plus faibles et les surfaces les meilleures en termes de rugosité, ondulation et fil arraché.

Par conséquent, les analyses ultérieures ont été faites uniquement avec les données

obtenues pour cet angle d‟attaque.

2.6.3. Analyse de composantes principales

Étant donné qu‟on a sélectionné cinq paramètres pour évaluer l‟ondulation et cinq autres

pour la rugosité, il s‟avérait convenable de réaliser une analyse des composantes

principales. Cette analyse effectue une corrélation qui permet de diminuer le nombre des

variables dépendantes tout en évitant une perte d‟information.

Avant de réaliser cette analyse, les données brutes ont suivi une transformation log afin

qu‟elles puissent satisfaire les postulats de base de l‟analyse de variance.

44

À la suite de l‟analyse de composantes principales avec « rotation varimax » les dix

paramètres de rugosité et ondulation ont été regroupés en deux facteurs, soit le facteur 1,

qui regroupe les paramètres d‟ondulation, et le facteur 2, qui regroupe les paramètres de

rugosité (tableau 2.1).

2.6.4. Analyse de corrélation

Une analyse de corrélation entre les trois facteurs de qualité de surface évalués (fil arraché,

ondulation et rugosité) fut effectuée afin de vérifier s‟il y avait une association linéaire

entre ces facteurs, ainsi que pour connaître le degré de l‟association.

Des analyses de corrélation entre la masse volumique basale et les efforts de coupe (force

parallèle et force normale) et entre la masse volumique et les facteurs de la qualité de

surface (fil arraché, ondulation et rugosité) ont aussi été effectuées dans le but de savoir s‟il

existait une relation significative entre la masse volumique, dont la moyenne arithmétique

mesurée fut de 0,405 g/cm3, et chacune des variables dépendantes étudiées. On a établi une

corrélation par condition de coupe, afin d‟éviter l‟influence des variables indépendantes sur

les corrélations.

Finalement, des corrélations entre les efforts de coupe et les facteurs de qualité de surface

ont été aussi effectuées, afin de connaître la relation existante entre les variables

dépendantes.

Pour connaître le degré d‟association linéaire existant entre les variables évaluées, des

coefficients de corrélation de Pearson (R) et de Spearman (Rs) ont été déterminés. Ce

dernier fut calculé lorsque les variables n‟accomplissaient pas en totalité la condition de la

normalité des erreurs.

45

Tableau 2.1. Valeurs de corrélation de l‟analyse de composantes principales réalisée avec

les données d‟ondulation et de rugosité

facteur 1

(ondulation)

facteur 2

(rugosité)

log_Wa 0,9367 0,3035

log_Wq 0,9363 0,3117

log_Wz 0,8839 0,4507

log_Wv 0,8802 0,4331

log_Wp 0,8423 0,4592

log_Rz 0,3387 0,9364

log_Rp 0,2844 0,9271

log_Rv 0,3730 0,8988

log_Rq 0,5371 0,8302

log_Ra 0,5639 0,8019

2.6.5. Analyse de variance

Le modèle expérimental appliqué aux résultats obtenus avec un angle d‟attaque de 65° a été

un plan en tiroirs ou split-plot, ayant comme parcelle principale l‟orientation de coupe et

comme sous-parcelle la profondeur de coupe. L‟analyse de variance a été faite

généralement sur les données brutes, sauf dans le cas du fil arraché, où les données ont été

transformées en les élevant à la puissance -0,5. L‟analyse de variance pour les efforts de

coupe a été conduite sur 200 observations, avec une observation manquante et une

observation aberrante dans le cas de la force parallèle. L‟analyse de variance des facteurs

de qualité de surface a été faite avec 240 observations avec une donnée manquante.

2.6.6. Analyse de régression

Des analyses de régression multiples ont été faites dans le but d‟étudier comment les

variables indépendantes agissent sur les variables dépendantes, ainsi que de savoir laquelle

de ces variables exerce la plus grande influence sur chacune des variables dépendantes

étudiées, et puis en fonction de cette information, pouvoir établir un modèle de régression.

46

Étant donné que le principal objectif de l‟analyse de régression était de chercher le modèle

le plus simple possible, on a appliqué la méthode d‟exclusion (backward method). Cette

méthode permet d‟aller du modèle le plus compliqué vers le modèle le plus simple. Pour

l‟appliquer il faut:

Vérifier la nature des variables, pour savoir quel type de comportement elles ont

(linéaire, quadratique, etc.) et choisir le plus simple;

S‟assurer qu‟il n‟existe pas d‟interaction entre les variables;

Vérifier si les postulats sont rencontrés;

S‟assurer qu‟il n‟existe pas de la multi colinéarité entre les variables (pour atténuer

la colinéarité, on centralise les variables en les soustrayant de leur moyenne).

Afin de connaître la variable indépendante qui a le plus d‟influence sur la variation des

variables dépendantes, l‟estimation du paramètre standardisé ou coefficient beta (βs) fut

déterminé. Ce coefficient permet de comparer les différentes variables indépendantes entre

elles, car il est sans unités.

Finalement, en fonction des termes simples, quadratiques et croisés qui ont été significatifs

lors de l‟analyse de variance, des équations de régression ont été déterminées pour décrire

la nature de la relation observée entre chacune des variables dépendantes par rapport aux

variables indépendantes. On a aussi déterminé les coefficients de détermination pour

chacune de ces équations. Ce coefficient décrit la qualité d‟ajustement des régressions et

estime ainsi la proportion de la variation chez les variables dépendantes qui peut être

expliquée par la variation des variables indépendantes.

47

CHAPITRE 3

ARTICLE SCIENTIFIQUE

Effets de l’angle d’attaque, de l’orientation de coupe et

de la profondeur de coupe sur les efforts de coupe et la

qualité de surface du bois d’épinette noire

3.1. Résumé

Les effets de l‟angle d‟attaque, de l‟orientation de coupe et de la profondeur de coupe sur les

efforts de coupe et la qualité de surface du bois d‟épinette noire, furent évalués. Pour ce

faire, les efforts de coupe ont été déterminés avec un dynamomètre triaxial lors des coupes

faites avec 4 angles d‟attaque (35°, 45°, 55° et 65°), 4 orientations (0°-90°, 15°-75°, 30°-60° et

45°-45°) et 3 profondeurs de coupe (1, 2 et 3 mm). La qualité de la surface a été mesurée à

l‟aide d‟un profilomètre confocal. Les critères d‟évaluation furent le fil arraché, l‟ondulation et

la rugosité. Les résultats ont montré qu‟au fur et à mesure que l‟angle d‟attaque augmente, les

efforts de coupe, le fil arraché, l‟ondulation et la qualité de surface diminuent. L‟angle

d‟attaque de 65º a produit les efforts de coupe les plus faibles et les meilleures qualités de

surface. Les effets de la profondeur de coupe sur la variation des efforts de coupe et la

qualité de surface furent plus importants que ceux reliés à l‟orientation de coupe. Ainsi, au

fur et à mesure que la profondeur diminue, les effets de l‟orientation de coupe sur les

efforts de coupe et la qualité de surface se retrouvent amoindris. L‟application de ces

résultats au travail d‟une équarrisseuse-fragmenteuse est analysée.

48

3.2. Introduction

L‟équarrisseuse-fragmenteuse est une machine largement utilisée dans l‟industrie du bois de

sciage au Québec. Elle permet de transformer des billes de faible diamètre en quartelots

destinés à la construction en bois, tout en produisant des copeaux pour la fabrication des pâtes

à papier. Bien que l‟usinage à l‟aide d‟une équarrisseuse-fragmenteuse génère une production

assez satisfaisante, certains aspects techniques restent à améliorer de manière à augmenter sa

performance. La qualité de surface et la diminution des efforts de coupe requis pour l‟usinage

de l‟équarri figurent parmi les plus importants.

Pour enlever un copeau d‟une pièce de bois, l‟outil de coupe doit appliquer une force capable

de vaincre la résistance mécanique de celle-ci. Cette force peut être décomposée en une force

parallèle à la direction du mouvement de l‟outil et en une force normale à la surface usinée

(Kivimaa 1950). La force appliquée par l‟outil est influencée par plusieurs facteurs, tels que

ceux reliés à l‟alimentation, l‟outil de coupe et à la pièce de bois (Koch 1964).

L‟angle d‟attaque affecte grandement les efforts générés lors de la coupe orthogonale. Ainsi,

les efforts augmentent au fur et à mesure que l‟angle d‟attaque diminue (Koch 1985; Stewart

1991). Par ailleurs, la disposition des éléments ligneux, par rapport à l‟arête tranchante du

couteau et à la direction de coupe, affecte les propriétés mécaniques du bois, et en

conséquence les efforts de coupe requis (Kivimaa 1950; Koch 1985; Hoadley 2000). De plus,

en coupant à travers le fil avec de grands angles d‟attaque, les efforts de coupe sont plus

faibles qu‟en suivant le fil (Stewart 1970). En ce qui concerne la profondeur de coupe, Jodin

(1994) signale qu‟il est le facteur qui influence le plus les efforts de coupe orthogonale. Ainsi,

la force parallèle augmente à mesure que la profondeur de coupe augmente (Neri 1998; de

Moura et Hernández 2007).

L‟étude de la qualité de surface du bois comprend l‟évaluation des défauts et de la topographie

de la surface. L‟un des défauts qui affecte le plus la surface est le fil arraché, qui est produit

lorsque des particules de bois se cassent au-dessous de la surface. Des angles d‟attaque et des

profondeurs de coupe très grands, ainsi que du bois très sec ou très humide peuvent favoriser

49

la production de ce défaut (Stewart 1980). La topographie d‟une surface représente une

superposition d‟irrégularités avec différentes longueurs d‟onde. Ainsi, la rugosité contient les

irrégularités topographiques de faible longueur d‟onde tandis que l‟ondulation comporte les

irrégularités dont la longueur d‟onde est plus importante (Khazaeian 2006).

La surface peut être caractérisée quantitativement selon les paramètres contenus dans la norme

ISO 4287-1998. L‟un des plus utilisés est la rugosité moyenne (Ra) qui correspond à la

moyenne arithmétique de toutes les ordonnées du profil par rapport à une ligne moyenne dans

une longueur de base. D‟autres paramètres importants sont: la rugosité moyenne quadratique

(Rq) qui permet, en comparaison avec Ra, d‟augmenter la sensibilité aux valeurs extrêmes du

profil, la hauteur moyenne du profil (Rz) qui représente la moyenne des amplitudes entre la

hauteur des saillies et la profondeur des creux sur l‟ensemble des longueurs de base

considérées, de même que Rp qui estime la hauteur maximale de sommets et Rv qui calcule la

profondeur maximale des creux (ISO 4287 1998; Mummery 1992).

L‟état de la surface est affecté autant par les paramètres d‟usinage que par les caractéristiques

anatomiques, physiques et mécaniques du bois (Triboulot 1984). En coupe orthogonale,

l‟angle d‟attaque influence le type de copeau produit et par conséquent la qualité de surface.

La qualité d‟une surface rabotée à travers le fil augmente au fur et à mesure que l‟angle

d‟attaque augmente (Stewart 1975,1979; Stewart et Parks 1980). De faibles angles d‟attaque,

combinés avec des angles de dépouille insuffisants, provoquent une surface endommagée par

la présence de défauts tels que le fil arraché et le fil pelucheux (Stewart 1991).

Lors du rabotage à travers le fil, l‟orientation transversale du fil par rapport à la direction de

coupe empêche que la rupture générée par clivage devant le couteau se prolonge au-dessous

de la surface de la pièce usinée. Cela génère une surface plus uniforme, moins rugueuse, avec

des marques de couteaux moins importantes et du fil arraché plus léger (Stewart 1970, 1971;

Stewart et Parks 1980). De plus, en coupe orthogonale à travers le fil, la compression

perpendiculaire au fil est passablement réduite lors des coupes minces. Les contraintes

mécaniques requises pour séparer les fibres sont donc plus faibles, ce qui rend la coupe plus

50

stable et assure que le bois soit moins écrasé. La qualité de surface devient alors meilleure

lorsque la profondeur de coupe diminue (Stewart 1979).

Le but de ce projet de recherche est de déterminer les effets de l‟angle d‟attaque, de

l‟orientation et de la profondeur de coupe sur la qualité de surface et les efforts requis pour

l‟usinage du bois d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P). Ces variables ont été

analysées en fonction de leur application au travail réalisé par une équarrisseuse-

fragmenteuse.

3.3. Matériels et méthodes

Dix billes d‟épinette noire [Picea mariana (Mill) B.S.P.] à l‟état vert, de 2,4 m de longueur et

de 18 cm de diamètre moyen ont été sciées sur dosse, afin d‟obtenir deux planches de 39 mm

d‟épaisseur et de largeur variable. De chaque planche, on a ébouté 16 échantillons avec une

largeur de 30 mm, dont les 4 premiers suivaient une orientation du fil de 0°, les 4 suivants de

15°, les 4 autres de 30° et les 4 derniers de 45° (figure 3.1). En prenant un échantillon par

planche, on a alors obtenu 16 groupes jumelés comportant 4 différentes orientations de fil.

On a aussi tiré deux échantillons par planche pour la mesure de la masse volumique basale.

Les échantillons ont été obtenus dans des zones libres des nœuds ou de pourriture.

3.3.1. Évaluation des efforts de coupe

Les échantillons furent placés sur un dynamomètre triaxial Kistler 9257B, lequel était installé

sur la table d‟aménage d‟une fraiseuse. Les seize groupes jumelés ont servi pour étudier 4

angles d‟attaque (35°, 45°, 55° et 65°) et 4 orientations de coupe (0°-90°, 15°-75°, 30°-60°

et 45°-45°). Les coupes furent toutes effectuées avec un angle de couteau de 20º et une vitesse

d‟avance de 7,6 mm/s. Chaque échantillon a subi 3 coupes de 3 profondeurs, soit 1, 2 et 3 mm.

Pour ce faire, la surface fut redressée à chaque coupe, afin d‟éviter l‟influence de la coupe

précédente sur la suivante.

51

Figure 3.1. Schéma de coupe et de distribution des échantillons à partir d‟une planche.

Les données des efforts de coupe ont été prises par le dynamomètre d‟abord en volts (100

mesures par seconde) et transformées ensuite en newtons (N). Toute l‟information générée

lors de la coupe fut enregistrée et traitée avec le logiciel Dynoware pour chacune des 48

conditions de coupe étudiées.

3.3.2. Évaluation de la qualité de surface

Trois lignes repères ont été tracées sur la surface coupée. La longueur d‟évaluation a varié

en fonction de la longueur des échantillons. L‟écart entre la longueur d‟évaluation et les

bords extrêmes de l‟échantillon fut de 5 mm, alors que l‟écart entre les lignes fut de 7,5

mm.

L‟état de la surface a été mesuré avec un profilomètre confocal Micromeasure muni d‟un

stylo optique ayant une profondeur de champ de 24 mm. Les données ont été acquises à une

fréquence de 30 Hz et une vitesse d‟avance de 2,5 mm/s à l‟aide du logiciel Surface Map

2.4.13.

45°


volumique basale


volumique basale

45°-45° 30°-60° 15°-75° 0°-90°

35° 55° 65°

52

Les paramètres de mesure de qualité de surface ont été obtenus selon la norme ISO 4287-

(1998) avec le logiciel MountainMap. Un filtre gaussien robuste (ISO 16610-31) et une

longueur de base de 2,5 mm furent appliqués. Cinq paramètres de rugosité (Ra, Rq, Rp, Rv et

Rz), et cinq paramètres d‟ondulation (Wa, Wq, Wp, Wv et Wz) ont été étudiés. De plus, les

profils obtenus ont servi également pour évaluer la profondeur des creux causés par

l‟arrachement du fil.

3.3.3. Analyse statistique

Les analyses statistiques furent faites à l‟aide de la procédure statistique MIXED du logiciel

Statistical Analysis Software (SAS, version 9.2). Le dispositif expérimental initial fut un plan

en tiroirs subdivisés ou split-split-plot, en ayant comme parcelle principale l‟orientation de

coupe, comme sous-parcelle l‟angle d‟attaque et comme sous-sous-parcelle la profondeur de

coupe. Un test LSD (least significant difference) à un niveau de signification 0,05, a été

ensuite appliqué pour déterminer les différences entre les traitements. Ce test a dévoilé que,

indépendamment de l‟orientation et de la profondeur de coupe, l‟angle d‟attaque de 65º a

produit les efforts de coupe les plus faibles et les meilleures qualités de surface. Par

conséquent, les analyses ultérieures ont été faites en considérant juste les données obtenues

pour cet angle.

Le deuxième modèle expérimental fut donc un plan en tiroirs ou split-plot, en ayant comme

parcelle principale l‟orientation de coupe et comme sous-parcelle la profondeur de coupe.

Cette analyse a permis de déterminer l‟effet que les termes simples, quadratiques et croisés

ont sur les variables dépendantes.

Étant donné que pour l‟étude de la topographie de la surface on a pris cinq paramètres

d‟évaluation pour la variable ondulation, et cinq autres pour la variable rugosité, une analyse

par composantes principales fut effectuée afin de regrouper le nombre des variables

dépendantes. Les dix paramètres de rugosité et ondulation furent donc groupés en deux

facteurs, soit le facteur 1, qui regroupe les paramètres de l‟ondulation et, le facteur 2, qui

regroupe ceux de la rugosité.

53

Des analyses de corrélation linéaire simple entre les trois facteurs de qualité de surface évalués

(fil arraché, ondulation et rugosité) ont été effectuées. Des corrélations furent également

calculées entre la masse volumique basale (moyenne de 0,405 g/cm3) et les variables

dépendantes, soit les efforts de coupe (force parallèle et force normale) et les facteurs de

qualité de surface (fil arraché, ondulation et rugosité). Enfin, des corrélations entre les efforts

de coupe et les facteurs de qualité de surface ont aussi été effectuées.

Des analyses de régression multiples ont par la suite servi à évaluer comment les variables

indépendantes agissent sur la variable dépendante, ainsi qu‟à déterminer laquelle de ces

variables exerce la plus grande influence. Des équations de régression ont permis de décrire

les relations observées entre chacune les variables. Les coefficients de détermination ont été

calculés afin d‟analyser la qualité d‟ajustement des équations de régression.

3.4. Résultats et discussion

3.4.1. Analyse initiale

Les annexes A et B montrent les moyennes arithmétiques et les écart-types des efforts de

coupe et des facteurs de qualité de surface obtenus pour chacune des conditions de coupe.

Les tableaux de l‟annexe A montrent que, peu importe l‟orientation et la profondeur de

coupe, les efforts de coupe augmentent lorsque l‟angle d‟attaque diminue. Des résultats

semblables ont été rapportés par Koch (1985), Stewart (1991) et Néri (1998).

Selon Stewart (1979), la coupe orthogonale 0º-90º avec des angles d‟attaque moyens (30° à

40°), permet d‟avoir des copeaux fragmentés de type B résultant d‟une importante

compression perpendiculaire au fil. Par contre, à mesure que l‟angle d‟attaque augmente, le

type de copeau passe du type B vers le type A. Le copeau A est associé à une compression

perpendiculaire au fil plus faible, le bois est alors moins écrasé et les surfaces sont de

meilleure qualité. Les tableaux de l‟annexe B montrent en effet que le fil arraché,

54

l‟ondulation et la rugosité diminuent au fur et à mesure que l‟angle d‟attaque augmente. La

surface fut ainsi meilleure avec un angle d‟attaque de 65º. Des résultats semblables ont été

rapportés par Stewart (1975, 1979, 1991) et Stewart et Parks (1980) pour ce qui est du fil

arraché.

L‟annexe C présente les résultats de l‟analyse de variance en plan split-split-plot. Les

interactions triples pour le fil arraché, l‟ondulation, la rugosité, la force parallèle et la force

normale ont été significatives à un seuil de probabilité de 0,011. Les valeurs F des sources

principales de variation montrent que la profondeur de coupe fut la variable affectant le

plus la force parallèle, l‟ondulation et le fil arraché. Par ailleurs, l‟angle d‟attaque fut la

variable affectant le plus la rugosité et la force normale. Les interactions triples indiquent

qu‟un changement dans l‟une des variables indépendantes affectera le comportement des

deux autres variables et, par conséquent, le comportement des variables dépendantes. Afin

d‟illustrer les interactions, la figure 3.2 présente la variation de la force parallèle en

fonction de l‟orientation de coupe pour une profondeur de coupe de 3mm et pour les angles

d‟attaque extrêmes étudiés, soit 35º et 65º. L‟effet de l‟orientation de coupe fut différent

pour ces deux angles d‟attaque, car la formation du copeau diffère pour ces angles

d‟attaque. À 35º d‟angle d‟attaque, les copeaux étaient de type B où l‟implication des

contraintes de compression et cisaillement fut importante (Stewart 1979). Il est alors connu

que la compression est plus grande en direction longitudinale qu‟en transversale. Cela se

manifeste par une augmentation de la force parallèle lorsque l‟on passe d‟une coupe 0º-90º

vers une 45º-45º (tableau A.3). Ce n‟est pas le cas des copeaux produits avec un angle

d‟attaque de 65º qui furent principalement de type A, où il y a notamment une séparation

des fibres par fendillement. La force requise pour séparer les fibres par fendillement ne

varierait pas beaucoup entre 0º-90º et 45º-45º d‟orientation de coupe, ce qui se traduit par

une variation plus faible de la force parallèle, voire même légèrement inverse par rapport à

celle associé à l‟angle de 35° (figure 3.2).

1 Un niveau de signification de 0,01 a été choisi afin d‟éviter de commettre une erreur de type I, car tous les

postulats de l‟analyse de variance n‟ont pas été rencontrés.

55

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Forc

e par

allè

le (

N/m

m)

Orientation de coupe

α = 35°

α = 65°

0°-90° 15°-75° 30°-60° 45°-45°

Figure 3.2. Force parallèle en fonction de l‟orientation de coupe et des angles d‟attaque de

35º et 65º. Usinage effectué à 3 mm de profondeur de coupe. Les barres

d‟erreur correspondent à l‟erreur type.

Les résultats des comparaisons multiples montrent que, peu importe l‟orientation et la

profondeur de coupe, usiner avec un angle d‟attaque de 65º a généré les forces parallèles les

plus faibles (Annexe A). Les forces normales négatives furent dans ce cas en général, les

plus grandes, bien que toujours d‟une moindre ampleur par rapport aux forces parallèles.

Ces faibles forces résultantes ont donc produit les plus faibles valeurs de fil arraché,

d‟ondulation et de rugosité. Les analyses ultérieures furent donc réalisées avec les données

correspondant à l‟angle d‟attaque de 65º, étant cet angle le plus efficace.

Les tableaux D.1 et D.2 présentent les coefficients de corrélation de Pearson (R) et les valeurs

de probabilité obtenus entre la masse volumique basale et les efforts de coupe, et la masse

volumique et les facteurs de qualité de surface, respectivement. Les résultats montrent que la

masse volumique n‟affecte aucune des variables dépendantes évaluées. Normalement, les

efforts de coupe varient proportionnellement à la masse volumique du bois, lorsque l'on

mélange plusieurs espèces de bois (Woodson 1979). Dans notre cas, l‟absence de corrélation

peut s‟expliquer par la faible variation de la masse volumique entre les échantillons étudiés (le

coefficient de variation fut de 8%).

56

3.4.2. Évaluation des efforts de coupe

Selon Kivimaa (1950) et Koch (1985), les efforts de coupe en direction 0 -90 sont moins

élevés qu‟en direction 90 -0 . On s‟attendait alors à une augmentation des efforts de coupe

lors du changement de l‟orientation de coupe de 0 -90 vers 45 -45 . Cependant, la figure

3.3 montre que la force parallèle et la force normale ont des comportements irréguliers tout

au long du changement de l‟orientation de coupe. Tel qu‟expliqué précédemment, ce

comportement peut s‟expliquer par le type de copeau formé lorsque l‟on utilise un angle

d‟attaque élevé, soit 65 dans ce cas. Par ailleurs, les efforts de coupe augmentent

clairement au fur et à mesure que la profondeur de coupe augmente.

L‟effort parallèle mesuré à 65 d‟angle d‟attaque est plus influencé par le changement de la

profondeur de coupe que par celui de l‟orientation de coupe. À une profondeur de 1 mm,

les orientations qui génèrent des forces parallèles plus faibles sont 30º-60º et 45°-45°, à 2

mm sont 15º-75º, 30º-60º et 45º-45º et à 3 mm est 30º-60º (Annexe A). Par ailleurs, la force

normale fut toujours négative, ce qui indique que la pièce de bois tend à repousser le

couteau (Kivimaa 1950). Cette contrainte appliquée sur le couteau augmente à mesure que

l‟orientation de coupe change vers 45°-45°.

Le tableau 3.1 montre des interactions doubles significatives de l‟orientation et de la

profondeur de coupe sur les forces parallèle et normale. Ceci indique que l‟effet de la

profondeur varie en fonction de l‟orientation de coupe pour les deux forces (figure 3.3). De

plus, la force parallèle est davantage affectée par la variation de la profondeur de coupe (F

= 445,4) que par celle de l‟orientation de coupe (F = 12,4, tableau 3.1). Dans le cas de la

force normale, c‟est l‟orientation de coupe qui affecte davantage cette variable.

57

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Forc

es d

e co

upe

(N/m

m)


Fp (3mm)

Fp (2mm)

Fp (1mm)

Fn (3mm)

Fn (2mm)

Fn (1mm)

0°-90° 15°-75° 30°-60° 45°-45°

Figure 3.3. Efforts de coupe moyens lors de l‟usinage de l‟épinette noire à 65º d‟angle

d‟attaque en fonction de quatre orientations et trois profondeurs de coupe. Les

barres d‟erreur correspondent à l‟erreur type.

Tableau 3.1. ANOVA des efforts de coupe requis à 65º d‟angle d‟attaque.

source de variation d.l. force parallèle force normale

valeur F prob>F valeur F prob>F

orientation de coupe 3 12,4 <,0001 69,0 <,0001

profondeur de coupe 2 445,4 <,0001 32,8 <,0001

orientation*profondeur 4 17,1 <,0001 82,0 <,0001

Des travaux antérieurs rapportent que l‟effet de l‟angle d‟attaque, sur le comportement des

forces normale et parallèle, est affecté par la profondeur de coupe (Franz 1958, Woodson

et Koch 1970, Neri 1998) et par l‟orientation de coupe (Stewart 1970). Cependant, il n‟y a

pas d‟information sur comment une interaction possible entre la profondeur de coupe et

l‟orientation de coupe pourrait affecter les efforts de coupe.

58

Le tableau 3.2 présente l‟analyse de variance des régressions des efforts de coupe. Il contient

les termes simples, quadratiques et croisés qui se sont avérés significatifs pour chacune des

variables réponse, et qui ont été considérés lors de l‟estimation des équations de régression.

Pour savoir laquelle des variables indépendantes influence le plus le comportement des

variables dépendantes, les valeurs des βs des effets principaux (termes simples) ont été

comparées. Pour les forces parallèle et normale, la variable la plus importante fut la

profondeur de coupe. Jodin (1994) a également rapporté que ce paramètre affecte le plus le

comportement des efforts de coupe. Le tableau 3.3 contient les équations de régression pour

les efforts de coupe. Elles montrent un ajustement relativement bon avec des coefficients de

détermination de 60% pour la force parallèle et de 51% pour la force normale. Ces équations

peuvent expliquer ainsi 60% et 51% de la variation observée pour la force parallèle et la force

normale, respectivement.

3.4.3. Évaluation de la qualité de surface

Tout d‟abord, une analyse de corrélation entre les trois facteurs de qualité de surface évalués,

soit le fil arraché, l‟ondulation et la rugosité, fut effectuée. Le tableau 3.4 montre que les

corrélations entre le fil arraché et l‟ondulation, et le fil arraché et la rugosité furent

directement proportionnelles; la corrélation entre le fil arraché et l‟ondulation étant plus

forte. L‟ondulation pourrait alors être estimée en fonction de la variation du fil arraché ou

vice-versa. D‟autre part, la corrélation entre l‟ondulation et la rugosité ne fut pas

significative.

En coupe orthogonale, l‟angle d‟attaque influence le type de copeau produit, lequel va

affecter à son tour la qualité de surface. En direction 0º-90º, cette qualité s‟améliore au fur

et à mesure que l‟angle d‟attaque augmente (Stewart 1975, Stewart 1979, Stewart et Parks

1980, Stewart 1991). En effet, tel que discuté au paragraphe 3.4.1, le fil arraché,

l‟ondulation et la rugosité ont diminué au fur et à mesure que l‟angle d‟attaque augmente;

la meilleure qualité fut obtenue à un angle d‟attaque de 65º.

59

Tableau 3.2. Analyse de variance de la régression des efforts de coupe obtenus à 65º d‟angle d‟attaque.

source de variation

force parallèle

force normale

d.l. β erreur

type de β β

s

valeur

P d.l. β

erreur

type de β β

s

valeur

P

origine 19 114 4 <,0001

19 -71 3 <,0001

orientation de coupe 117 -0,6 0,1 -0,2 <,0001 116 -1,3 0,1 -0,8 -0,8

profondeur de coupe 117 34 1 0,7 <,0001 116 -26 2 -0,8 -0,8

orientation*orientation 117 0,036 0,009 0,716 0,0001 116 -0,032 0,006 -0,897 -0,897

profondeur*profondeur

116 21 3 2 2

orientation*profondeur 116 1,04 0,2 1,5 1,5

β = Estimation du paramètre

βs = Estimation du paramètre standardisé

60

Tableau 3.3. Équations de régression des efforts de coupe obtenus à 65º d‟angle d‟attaque.

Tableau 3.4. Corrélation de Spearman entre les facteurs de qualité de surface (tous les

résultats obtenus à 65º d‟angle d‟attaque confondus).

facteurs associés statistique valeurs

fil arraché ondulation

(facteur 1)

Rs 0,83

valeur P <,0001*

fil arraché rugosité

(facteur 2)

Rs 0,41

valeur P <,0001*

ondulation

(facteur 1)

rugosité

(facteur 2)

Rs -0,02

valeur P 0,7

Rs: Coefficient de Spearman (α=0,01)

* Corrélation significative

Les figures 3.4 à 3.6 montrent la variation du fil arraché, de l‟ondulation (Wa) et de la rugosité

moyennes (Ra) en fonction de l‟orientation et de la profondeur de coupes lors de l‟usinage

avec un angle d‟attaque de 65°. Les trois figures montrent des courbes avec des allures

similaires. Les courbes correspondant à 3 mm de profondeur de coupe montrent une

diminution du fil arraché, de l‟ondulation et de la rugosité très prononcée lorsque

l‟orientation de coupe passe de 0º-90º vers 15º-75º.

Il est admis que la surface devienne de meilleure qualité à mesure que la profondeur de coupe

diminue (Stewart 1979, de Moura et Hernández 2007). Les défauts tels que le fil arraché se

variable

indépendante équation de régression

coefficient de

détermination

ou R2(%)

force parallèle

60,0

force normale

51,0

O* = orientation du fil par rapport à l‟arête tranchante du couteau – 22,5º

P* = profondeur de coupe – 2mm

Note : Les valeurs soustraites correspondent aux valeurs moyennes des variables explicatives.

61

produisent ainsi d‟avantage à de grandes profondeurs de coupe (Stewart 1980). Les résultats

de ce travail confirment ces observations (figures 3.4 à 3.6).

La coupe à travers le fil 0°-90° génère des défauts moins profonds (du fil arraché et une

rugosité plus faibles) que la coupe suivant le fil (Stewart 1970,1971). La coupe en direction

transversale empêche que la rupture, générée par clivage à l‟avant du couteau, se prolonge

au-dessous de la surface de la pièce usinée, ce qui génère une surface plus uniforme

(Stewart et Parks 1980). On devrait alors obtenir une meilleure qualité de surface suite à

une coupe en direction 0°-90°. Cependant, cela ne fut pas toujours le cas car l‟effet de

l‟orientation de coupe sur l‟état de surface fut très affecté par la variation de la profondeur

de coupe.

Les tableaux de l‟annexe B montrent qu‟à 65° d‟angle d‟attaque et pour 1 mm et 2 mm de

profondeur de coupe, il n‟existe pas de différences significatives entre les moyennes du fil

arraché, de l‟ondulation et de la rugosité générées par les 4 orientations de coupe.

Toutefois, à 3 mm de profondeur de coupe les orientations qui génèrent les meilleures

qualités de surface furent 30°-60° et 45°-45°. À l‟inverse, la coupe 0°-90° a produit la pire

qualité de surface. Cela s‟explique par le fait que le type de copeau formé diffère en

fonction de l‟orientation et de la profondeur de coupe tel que discuté précédemment (cf.

par. 3.4.1). Il existe donc une interaction significative entre les variables indépendantes

orientation et profondeur de coupe sur la qualité de surface (tableau 3.5). L‟effet de cette

interaction est plus marqué au fur et à mesure que l‟angle d‟attaque diminue (Annexe B).

On a donc intérêt à utiliser l‟angle d‟attaque de 65° car il va réduire davantage l‟effet de

l‟orientation de la coupe sur la qualité de surface. Comme on le sait, cette orientation va

nécessairement varier tout au long du parcours du couteau de finition lors du travail de

l‟équarrisseuse-fragmenteuse. Les résultats montrent également qu‟au-dessus de 2 mm de

profondeur de coupe, l‟orientation de coupe va affecter la qualité de surface de manière très

importante.

62

0

500

1000

1500

2000

2500

0°-90° 15°-75° 30°-60° 45°-45°

Fil

arr

ach

é (µ

m)


3mm

2mm

1mm

Figure 3.4. Effets de l‟orientation et de la profondeur de coupe sur le fil arraché lors de

l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º d‟angle d‟attaque. Les barres d‟erreur

correspondent à l‟erreur type.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0°-90° 15°-75° 30°-60° 45°-45°

On

dula

tio

n m

oyen

ne

(µm

)


3mm

2mm

1mm

Figure 3.5. Effets de l‟orientation et de la profondeur de coupe sur l‟ondulation moyenne

lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º d‟angle d‟attaque. Les barres


63

0

20

40

60

80

100

120

0°-90° 15°-75° 30°-60° 45°-45°

Ru

go

sité

mo

yen

ne

(µm

)


3mm

2mm

1mm

Figure 3.6. Effets de l‟orientation et de la profondeur de coupe sur la rugosité moyenne

lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º d‟angle d‟attaque. Les barres


L‟analyse de variance des paramètres de qualité de surface confirme ces résultats en

montrant que l‟effet de la profondeur de coupe est plus important que celui de l‟orientation

de coupe (tableau 3.5). La rugosité fut seulement affectée par la profondeur de coupe. Des

interactions significatives pour le fil arraché et l‟ondulation y sont aussi montrées. Ces

interactions montrent que l‟effet de la profondeur de coupe sur le fil arraché et l‟ondulation

est fonction de l‟orientation impliquée.

Le tableau 3.6 présente l‟analyse de variance de régressions des facteurs de qualité de surface

lors de l‟usinage à 65º d‟angle d‟attaque. Il contient les termes simples, quadratiques et

croisés qui se sont avérés significatifs pour chacune des variables dépendantes. Les

coefficients βs de la profondeur de coupe sont plus grands que ceux de l‟orientation de coupe.

Cela confirme que la profondeur affecte davantage le comportement des facteurs de qualité de

surface suivi de l‟orientation.

64

Tableau 3.5. ANOVA des facteurs de qualité de surface obtenus à 65º d‟angle d‟attaque.

source de variation d.l. fil arraché

ondulation

(facteur 1)

rugosité

(facteur 2)

valeur F prob>F valeur F prob>F valeur F prob>F

orientation de coupe 3 2,6 0,06 9,6 <,0001 2,4 0,08

profondeur 2 229,0 <,0001 270,8 <,0001 12,0 <,0001

orientation*profondeur 6 9,0 <,0001 9,5 <,0001 1,4 0,2

Tableau 3.6. Analyse de variance de la régression des facteurs de qualité de surface obtenus à 65° d‟angle d‟attaque.

source de variation

fil arraché ondulation (facteur 1) rugosité (facteur 2)

d.l. β

erreur

type de

β

βs

valeur

P d.l. β

erreur

type

de β

βs

valeur

P d.l. β

erreur

type

de β

βs

valeur

P

origine 19 0,047 0,001 <,0001 19 0,01 0,09 0,93 19 0,0001 0,1 0,9991

orientation de coupe 156 0,00006 0,00005 0,15283 0,3011 157 -0,018 0,004 -0,294 <,0001

profondeur de coupe 156 -0,0087 0,0004 -1,1546 <,0001 157 0,69 0,03 0,57 <,0001 158 0,25 0,05 0,21 <,0001

profondeur*profondeur 156 -0,0027 0,0007 -1,4499 0,0003

orientation*profondeur 156 0,00020 0,00003 1,32203 <,0001 157 -0,013 0,002 -0,516 <,0001



65

Les équations de régression des facteurs de qualité de surface sont présentées dans le tableau

3.7. Les équations du fil arraché et de l‟ondulation sont assez bien ajustées, car elles présentent

des coefficients de détermination de 40,9% et 43,1% respectivement. Toutefois, l‟équation de

la rugosité est négligeable car son coefficient de détermination est trop faible (4,3%).

3.4.4. Analyse de la qualité de surface par rapport aux efforts de coupe

Lorsque l‟effort de coupe requis pour séparer les fibres est faible, la coupe dévient plus

stable, ce qui favorise l‟obtention d‟une meilleure qualité de surface (Stewart 1979). Les

figures 3.7 à 3.9 montrent la variation des facteurs de qualité de surface en fonction de la force

parallèle suite à des coupes faites avec un angle d‟attaque de 65º, trois profondeurs et quatre

orientations de coupe. On observe une relation directement proportionnelle entre la force

parallèle et les facteurs de qualité de surface. Tel que suggéré par Stewart (1979), la surface se

dégrade au fur et à mesure que la force parallèle augmente. Cette force augmente suite à

l‟augmentation de l‟épaisseur de copeau ou de la profondeur de coupe. À une profondeur de

coupe donnée, les forces parallèles sont en général assez semblables pour les orientations de

coupe de 15º-75º, 30º-60º et 45º-45º (Annexe A). Par contre, ces forces sont plus élevées pour

l‟orientation 0º-90º peu importe la profondeur de coupe ainsi que pour l‟orientation 30º-60º à 3

mm de profondeur (Annexe A). On confirme ainsi que la qualité de surface est plus affectée

par le changement de la profondeur de coupe que par celui de l‟orientation.

Les analyses de corrélations ont servi à étudier l‟association entre les efforts de coupe et les

paramètres de qualité de surface obtenus avec un angle d‟attaque de 65º (tableau 3.8). Le fil

arraché et l‟ondulation ont des relations directement proportionnelles avec la force parallèle et

indirectement proportionnelles avec la force normale. D‟autre part, la rugosité présente une

corrélation significative avec la force parallèle. Des analyses de régressions multiples furent

alors effectuées afin de savoir comment les efforts de coupe agissent sur les facteurs de

qualité de surface.

66

Tableau 3.7. Équations de régression des facteurs de qualité de surface obtenus à 65°

d‟angle d‟attaque.

2

3mm

2

3

1 2

31

2

3

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2 3 4 5 6 7

Fil

arr

ach

é (µ

m)

Force parallèle (N/mm)

0°-90°

15°-75°

30°-60°

45°-45°

Figure 3.7. Effet de la force parallèle sur le fil arraché pour trois profondeurs et quatre

orientations de coupe lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º d‟angle

d‟attaque.

variable

dépendante équation de régression

coefficient de

détermination

ou R2(%)

fil arraché

40,9

ondulation

(facteur 1)

43,1

rugosité

(facteur 2)

4,3

O* = orientation du fil par rapport à l‟arête tranchante du couteau – 22,5º

P* = profondeur de coupe – 2mm

Note : Les valeurs soustraites correspondent aux valeurs moyennes des variables explicatives.

67

2

3mm

2

3

1 2

31 2

3

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

2 3 4 5 6 7

On

du

lati

on

mo

yen

ne

ou

Wa (µ

m)


0°-90°

15°-75°

30°-60°

45°-45°

Figure 3.8. Effet de la force parallèle sur l‟ondulation moyenne Wa pour trois profondeurs

et quatre orientations de coupe lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º


2

3mm

2

3

1

2

3

12

3

30

40

50

60

70

80

90

100

2 3 4 5 6 7

Ru

go

sité

mo

yen

ne

ou

Ra

(µm

)


0°-90°

15°-75°

30°-60°

45°-45°

Figure 3.9. Effet de la force parallèle sur la rugosité moyenne Ra pour trois profondeurs et

quatre orientations de coupe lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 65º


68

Tableau 3.8. Corrélations entre les facteurs de qualité de surface et les efforts de coupe

obtenus à 65º d‟angle d‟attaque (tous les résultats des orientations et

profondeurs de coupe confondus, n=199).

facteurs associés Rs valeur P

fil arraché f. parallèle 0,4 <,0001*

f. normale -0,2 0,0009*

ondulation

(facteur 1)

f. parallèle 0,5 <,0001*

f. normale -0,2 0,003*

rugosité

(facteur 2)

f. parallèle -0,2 0,005*

f. normale 0,1 0,2

Rs: Coefficient de Spearman (α=0,01)

*Corrélation significative

Le tableau 3.9 montre les résultats des régressions multiples. On note que seulement la

force parallèle a un effet significatif sur la variation des facteurs de qualité de surface. On

peut donc affirmer que la force parallèle permet d‟expliquer davantage le comportement de

ces facteurs. De plus, les coefficients de détermination furent relativement faibles (14,6%

pour le fil arraché, 25,2% pour l‟ondulation et 1,8% pour la rugosité). Ceci s‟explique par

le fait que les régressions furent calculées en prenant les résultats de quatre orientations et

trois profondeurs confondus. Tel que discuté plus haut, l‟effet de la force parallèle sur la

qualité de surface fut différent pour l‟orientation 0º-90º ainsi que pour l‟orientation 30º-60º à

3 mm de profondeur.

69

Tableau 3.9. Analyse de variance des régressions multiples des facteurs de qualité en

fonction des efforts de coupe pour 65º d‟angle d‟attaque (tous les résultats des

orientations et profondeurs de coupe confondus, n=118).

fil arraché

(R2=14,6%)

source de

variation d.l. β

erreur type

de β β

s valeur P

origine 19 0,067 0,003 <,0001

f.parallèle 117 -0,00015 0,00002 -0,96262 <,0001*

f.normale 117 0,00005 0,00002 0,23019 0,03812

ondulation

ou facteur 1

(R2=25,2%)

origine 19 -1,7 0,2 <,0001

f.parallèle 117 0,013 0,001 0,505 <,0001*

f.normale 117 -0,003 0,002 -0,083 0,089

rugosité

ou facteur 2

(R2=1,8%)

origine 19 -0,3 0,3 0,2

f.parallèle 117 0,004 0,002 0,165 0,005*

f.normale 117 0,002 0,002 0,049 0,388

*Régression significative



3.5. Conclusions et recommandations

Cette étude montre que l‟angle d‟attaque, l‟orientation de coupe et la profondeur de coupe

affectent de manière importante les efforts de coupe et la qualité de surface générés lors de la

coupe du bois d‟épinette noire. Les résultats montrent qu‟au fur et à mesure que l‟angle

d‟attaque augmente, la force parallèle, le fil arraché, l‟ondulation et la rugosité diminuent

alors que, les forces normales, ayant toujours des valeurs négatives, en général augmentent.

Les coupes effectuées avec un angle d‟attaque de 65º, pour toutes les orientations et

profondeurs de coupe évaluées, génèrent toujours des efforts de coupe plus faibles et des

meilleures qualités de surface. Ainsi, une équarrisseuse-fragmenteuse munie des couteaux

de finition ayant un angle d‟attaque de 65º, un angle de couteau de 20º et un angle de

dépouille de 5º devrait produire un meilleur état de surface à un moindre coût énergétique.

70

D‟autre part, les résultats obtenus à 65º d‟angle d‟attaque ont montré que les effets de la

profondeur de coupe sur les efforts de coupe et les facteurs de qualité de surface sont plus

forts que ceux de l‟orientation de coupe. Ainsi, au fur et à mesure que la profondeur

augmente, les effets de l‟orientation de coupe sur les efforts de coupe et la qualité de

surface augmentent largement, notamment à 3 mm. Dans une perspective d‟utilisation de

l‟équarrisseuse-fragmenteuse, si le diamètre de la tête porte-couteaux est faible, alors on

réduira l‟effet éventuel de l‟orientation de coupe sur l‟état de surface en utilisant un angle

d‟attaque adéquat (dans ce cas-ci 65º) avec une faible profondeur de coupe.

71

Conclusions générales

L‟objectif de cette étude portait sur la détermination des effets de l‟angle d‟attaque, de

l‟orientation de coupe et de la profondeur de coupe sur les efforts de coupe et la qualité de

surface du bois d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P) à l‟état vert. L‟expérience fut

conçue afin d‟appliquer les résultats au travail d‟une bille de bois par une équarrisseuse-

fragmenteuse.

Cette expérience a été réalisée en deux étapes. La première étape comprenait la mesure des

efforts de coupe, notamment l‟effort parallèle et l‟effort normal, lors de la coupe des

échantillons ayant une section de 30 x 30 mm et des longueurs variables. Trois niveaux de

profondeur de coupe (1, 2 et 3 mm) furent étudiés, avec quatre angles d‟attaque (35°, 45°,

55° et 65°) et quatre orientations de coupe (0°-90°, 15°-75°, 30°-60° et 45°-45°). La

deuxième étape comportait la caractérisation de la qualité de surface au moyen des

paramètres standards d‟ondulation et de rugosité (ISO 4287-1998) ainsi que de la

profondeur du fil arraché. Des analyses de corrélation simple, de variance et de régressions

multiples furent réalisées afin de déterminer l‟influence ou non des variables indépendantes

sur le comportement des variables dépendantes.

Les résultats ont montré qu‟au fur et à mesure que l‟angle d‟attaque augmente, la force

parallèle, le fil arraché, l‟ondulation et la rugosité diminuent. La force normale, ayant

toujours des valeurs négatives, a en général augmenté avec l‟augmentation de cet angle.

Les coupes faites avec un angle d‟attaque de 65º ont alors généré un effort de coupe plus

faible et une meilleure qualité de surface, peu importe l‟orientation de coupe et la

profondeur de coupe étudiées.

L‟analyse de la profondeur de coupe et de l‟orientation de coupe, faite exclusivement pour

les données de l‟angle d‟attaque de 65º, a dévoilé que les effets de la profondeur de coupe

sur le comportement des efforts de coupe et des facteurs de qualité de surface furent plus

importants que ceux de l‟orientation de coupe. Les résultats montrent également que l‟effet

de l‟orientation de coupe sur les efforts de coupe et la qualité de surface augmente au fur et

72

à mesure que la profondeur de coupe augmente. Ainsi, à une profondeur de 1 mm les

orientations qui génèrent des forces parallèles plus faibles sont 30º-60º et 45°-45°, à 2 mm

sont 15º-75º, 30º-60º et 45º-45º et à 3 mm est 30º-60º. Quant à la qualité de surface, à 1 et 2

mm de profondeur de coupe, les quatre orientations de coupe génèrent du fil arraché, de

l‟ondulation et de la rugosité n‟ayant pas de différences significatives. Toutefois, à 3 mm

de profondeur de coupe les orientations qui génèrent les meilleures qualités de surface sont

30°-90° et 45°-45°.

Les analyses ont montré que la masse volumique n‟a affectée significativement aucune des

variables dépendantes évaluées. Cela peut s‟expliquer par la faible variation de la masse

volumique entre les échantillons étudiés (le coefficient de variation de la masse volumique

fut de 8%). L‟analyse de corrélation, effectuée entre les facteurs de qualité de surface, a

montré que le fil arraché est corrélé directement avec l‟ondulation et la rugosité, c‟est

pourquoi le comportement de ces derniers pourrait être estimé en fonction au comportement

du fil arraché et inversement. Le fil arraché présente des valeurs qui variaient entre 0,07

mm et 9,99 mm, selon les conditions de coupe. C‟est alors pourquoi ce facteur doit être

contrôlé efficacement afin d‟améliorer la qualité de surface du bois d‟épinette noire. Étant

donné la corrélation hautement positive entre le fil arraché et l‟ondulation et le fil arraché et

la rugosité, l‟optimisation des conditions de coupe pour diminuer ce défaut améliorera aussi

la rugosité et l‟ondulation de la surface.

La relation existante entre les variables dépendantes fut évaluée par des analyses de

corrélations et de régressions. Même s‟il existe des corrélations inverses et directes

significatives entre la force parallèle et les facteurs de qualité de surface et entre la force

normale et ces facteurs, les analyses de régression montrent que seulement la force parallèle a

eu un impact significatif sur le comportement des facteurs de qualité de surface, mais avec

des coefficients de détermination relativement faibles.

Les implications immédiates de cette recherche sont reliées à une meilleure compréhension

du procédé de transformation des billes d‟épinette noire à l‟aide d‟une équarrisseuse-

fragmenteuse, visant spécifiquement la réduction des efforts de coupe, donc de l‟énergie

73

consommée, et la production des équarris ayant une meilleure qualité de surface. Dans le

but de mener les résultats de cette étude à des applications pratiques, on peut signaler que,

les couteaux de finition ajustés avec un angle d‟attaque de 65º permettront d‟avoir de

moindres efforts de coupe et une meilleure qualité de surface. Il est possible qu‟un angle

d‟attaque plus élevé puisse fournir des meilleurs résultats, cependant il faudrait d‟abord

compter avec de couteaux faits avec de matériaux plus résistants, qui permettront de réduire

l‟angle de couteau à faveur de l‟angle d‟attaque sans affecter la résistance à l‟usure du

couteau.

Les equarrisseuses-fragmenteuses ayant des têtes porte-couteaux de faibles diamètres

présentent des couteaux de finition, dont l‟orientation de leur arête tranchante par rapport

au fil du bois variera tout au long du parcours de coupe. Cette variation de l‟orientation de

coupe va faire varier à son tour les efforts de coupe et l‟état de surface. Pour amoindrir cette

variation, on pourrait soit augmenter les diamètres de têtes porte-couteaux, soit faire de

coupes plus minces. Les coupes plus minces permettront ainsi de réduire les efforts de

coupe et d‟augmenter la qualité de surface. Alors, les effets de l‟angle d‟attaque,

l‟orientation de coupe et la profondeur de coupe sur la qualité de surface du bois d‟épinette

noire restent maintenant mieux cernés.

74

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79

Annexe A

Tableau A.1. Efforts de coupe moyens lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 1 mm de

profondeur de coupe avec quatre angles d‟attaque et quatre orientations de

coupe.

angle

d'attaque

orientation

de coupe

nombre

d‟échantillons

force parallèle (N/mm) force normale (N/mm)

moyenne écart type groupe moyenne écart type groupe

35°

0°-90° 20 5,8 1,2 G*

-0,9 0,4 E

15°-75° 20 4,4 0,7 DE -2,4 0,4 B

30°-60° 20 5,3 1,1 FG -0,3 0,2 F

45°-45° 20 7,2 1,2 H -0,3 0,4 F

45°

0°-90° 20 4,9 0,6 EF -1,1 0,3 DE

15°-75° 20 3,8 0,8 BC -1,7 0,5 C

30°-60° 20 4,2 0,9 CD -1,1 0,4 DE

45°-45° 20 4,9 1,1 EF -2,5 0,4 B

55°

0°-90° 20 4,3 0,6 CD -1,3 0,4 D

15°-75° 20 3,0 0,4 A -2,3 0,2 B

30°-60° 20 3,6 0,6 B -1,3 0,4 CD

45°-45° 20 4,3 0,8 D -2,4 0,3 B

65° 30°-60° 20 2,9 0,3 A -1,2 0,2 DE

45°-45° 20 2,7 0,8 A -3,2 0,7 A

*moyennes, dans une colonne, suivies d‟une même lettre, sont statistiquement égales au seuil de 5% de niveau de probabilité.

80



coupe.

angle

d'attaque

orientation

de coupe

nombre

d‟échantillons



35°

0°-90° 20 7,4 1,4 E*

-1,5 0,8 GH

15°-75° 20 6,8 1,0 E -1,4 0,7 H

30°-60° 20 7,6 1,5 E -1,3 0,4 H

45°-45° 20 9,6 1,7 F -2,5 0,3 CD

45°

15°-75° 20 4,2 0,7 AB -2,0 0,5 EF

30°-60° 20 7,2 1,2 E -1,8 0,3 FG

45°-45° 20 7,3 1,7 E -2,7 0,4 BC

55°

0°-90° 20 5,6 0,9 D -2,2 0,6 DE

15°-75° 20 4,5 0,6 BC -2,6 0,3 C

30°-60° 20 4,9 1,0 C -2,2 0,6 DE

45°-45° 20 5,7 1,3 D -3,0 0,4 B

65°

0°-90° 20 4,7 0,8 BC -2,4 0,4 CD

15°-75° 20 3,8 0,5 A -1,8 0,3 FG

30°-60° 20 3,9 0,6 A -2,5 1,0 CD

45°-45° 20 3,9 1,0 A -4,0 0,5 A


81



coupe.

angle

d'attaque

orientation

de coupe

nombre

d‟échantillons



35°

0°-90° 15 8,0 1,4 FG* -0,5 0,2 G

15°-75° 20 8,5 1,1 G -2,0 0,4 DE

30°-60° 20 10,0 2,3 H -0,5 0,4 G

45°-45° 20 13,6 2,0 I -0,5 0,5 G

45°

0°-90° 19 8,4 2,7 FG -1,0 1,0 F

30°-60° 20 7,5 1,7 EF -2,2 0,5 CD

45°-45° 20 8,9 1,9 GH -3,5 0,6 A

55° 30°-60° 20 5,8 1,3 BC -1,7 0,4 E

45°-45° 20 6,9 1,7 DE -2,1 0,6 CDE

65°

0°-90° 19 6,1 0,9 CD -2,4 0,5 C

15°-75° 20 5,3 0,7 B -3,0 0,3 B

30°-60° 20 4,6 1,2 A -3,0 0,6 B

45°-45° 20 5,3 1,3 B -2,9 0,6 B


82

Annexe B

Tableau B.1. Qualité de surface lors de l‟usinage du bois d‟épinette noire à 1 mm de profondeur de coupe avec quatre angles d‟attaque

et quatre orientations de coupe.

angle

d'attaque

orientation

de coupe

nombre

d‟échantillons

fil arraché (µm) ondulation moyenne ou Wa (µm) rugosité moyenne ou Ra (µm)

moyenne écart type groupe moyenne écart type groupe moyenne écart type groupe

35°

0°-90° 20 986 812 F* 180,2 103,9 B 86,4 25,3 E

15°-75° 20 647 319 EF 99,4 40,6 AB 70,7 9,5 CD

30°-60° 20 473 304 BCD 64,2 61,8 AB 57,9 10,7 ABC

45°-45° 20 425 277 ABC 58,4 42,5 AB 49,9 8,1 AB

45°

0°-90° 20 746 567 EF 126,1 59,7 AB 77,1 17,9 DE

15°-75° 20 717 731 DE 119,7 129,8 AB 71,9 20,0 CDE

30°-60° 20 401 247 ABC 51,0 48,9 A 57,3 14,1 ABC

45°-45° 20 478 333 ABCD 74,7 69,2 AB 53,4 7,2 AB

55°

0°-90° 20 565 472 CDE 76,6 58,9 AB 57,6 15,3 BC

15°-75° 20 437 241 ABC 51,1 33,2 A 58,6 10,0 ABC

30°-60° 20 420 263 ABC 52,3 51,0 A 54,2 8,8 AB

45°-45° 20 387 248 AB 52,7 42,2 AB 49,5 6,4 AB

65°

0°-90° 20 332 157 A 39,0 31,3 A 43,6 4,8 A

15°-75° 20 388 186 AB 48,7 32,1 A 50,0 7,3 AB

30°-60° 20 348 207 A 35,4 37,4 A 47,7 8,0 AB

45°-45° 20 470 308 ABCD 67,5 65,8 AB 48,3 6,9 AB


83



angle

d'attaque

orientation

de coupe

nombre

d‟échantillons



35°

0°-90° 20 2172 1360 E* 494,0 169,9 C 121,8 24,4 H

15°-75° 20 1471 850 DE 287,1 129,8 B 102,8 17,5 FG

30°-60° 20 710 536 BC 115,9 89,0 A 71,4 15,9 D

45°-45° 20 571 401 BC 86,4 61,0 A 66,7 19,7 BCD

45°

0°-90° 20 1686 1259 DE 334,2 174,0 B 112,3 25,6 GH

15°-75° 20 1386 1321 D 271,8 214,1 B 93,5 20,2 EF

30°-60° 20 581 414 BC 89,0 75,6 A 63,8 15,5 ABCD

45°-45° 20 546 388 AB 85,5 67,2 A 55,1 12,6 AB

55°

0°-90° 20 1287 1361 D 254,7 208,5 B 87,7 28,1 E

15°-75° 20 677 409 C 103,8 62,7 A 70,4 13,1 CD

30°-60° 20 538 400 AB 74,0 72,3 A 56,0 12,9 ABC

45°-45° 20 559 431 ABC 83,4 60,3 A 51,1 8,9 A

65°

0°-90° 20 503 300 AB 87,7 63,0 A 50,3 7,5 A

15°-75° 20 583 567 ABC 98,8 81,1 A 61,1 18,1 ABCD

30°-60° 20 426 297 A 58,3 59,1 A 52,8 11,0 AB

45°-45° 20 583 514 ABC 99,4 97,6 A 53,4 10,7 AB


84



angle

d'attaque

orientation de

coupe

nombre

d‟échantillons



35°

0°-90° 15 3849 2495 G*

984,8 373,6 I 147,5 30,2 H

15°-75° 20 3121 2488 G 717,4 323,5 H 127,3 31,5 FG

30°-60° 20 1480 1721 DE 278,4 218,1 DE 74,3 19,3 CDE

45°-45° 20 696 446 AB 118,3 76,5 AB 58,5 11,5 AB

45°

0°-90° 19 4094 3124 G 973,0 468,0 I 138,1 41,1 GH

15°-75° 18 2289 1779 FG 477,4 294,4 FG 116,6 21,6 F

30°-60° 20 1126 1239 CDE 227,7 247,6 BCD 71,0 17,4 BCD

45°-45° 20 787 687 ABC 135,2 104,7 AB 59,7 17,2 ABC

55°

0°-90° 20 2678 2441 FG 590,7 355,8 GH 112,5 32,9 F

15°-75° 20 1453 1288 E 267,5 172,4 CDE 83,4 17,0 DE

30°-60° 20 1009 1115 ABC 179,2 206,7 ABCD 70,3 19,6 BCD

45°-45° 20 861 861 ABC 148,1 123,4 ABC 54,5 11,8 A

65°

0°-90° 19 1849 2176 EF 396,8 281,5 EF 87,6 38,3 E

15°-75° 20 935 792 BCD 173,2 101,9 ABCD 70,8 21,2 BCD

30°-60° 20 665 491 A 104,7 80,4 A 59,6 13,4 AB

45°-45° 20 779 576 ABC 143,2 97,6 ABC 61,5 15,9 ABC


85

Annexe C

Tableau C. Résultats de l‟analyse principale de variance des efforts de coupe et des facteurs de la qualité de surface.

source de variation d.l. fil arraché

ondulation

(facteur 1)

rugosité

(facteur 2) d.l.

force parallèle force normale

valeur F prob>F valeur F prob>F valeur F prob>F valeur F prob>F valeur F prob>F

orientation de coupe 3 46,98 <,0001 76,45 <,0001 9,31 <,0001 3 35,75 <,0001 102,53 <,0001

angle d'attaque 3 55,95 <,0001 26,51 <,0001 44,45 <,0001 3 324,18 <,0001 291,84 <,0001

orientation*angle 9 9,18 <,0001 3,27 0,0009 9,36 <,0001 9 20,92 <,0001 33,82 <,0001

profondeur 2 814,38 <,0001 607,76 <,0001 27,67 <,0001 2 1021,96 <,0001 152,34 <,0001

orientation*profondeur 6 19,73 <,0001 9,81 <,0001 9,72 <,0001 6 18,73 <,0001 68,46 <,0001

angle*profondeur 6 2,65 0,0153 1,65 0,1305 7,90 <,0001 6 38,55 <,0001 48,13 <,0001

orientation*angle*profondeur 18 2,23 0,0025 2,03 0,0072 1,95 0,0108 12 14,02 <,0001 31,61 <,0001

86

Annexe D

Tableau D.1. Corrélation entre les efforts de coupe et la masse volumique basale pour

chaque condition de coupe.

condition de coupe corrélation: masse

volumique - force

parallèle

corrélation: masse

volumique - force

normale orientation

profondeur

(mm) R valeur P R valeur P

0°-90° 2 0,3815 0,097 -0,5179 0,019

3 -0,1107 0,652 -0,0842 0,732

15°-75° 2 0,2529 0,282 -0,4430 0,051

3 0,3242 0,163 -0,2171 0,358

30°-60°

1 0,2433 0,301 -0,4390 0,053

2 0,0671 0,779 -0,2826 0,227

3 0,0863 0,718 -0,3524 0,128

45°-45°

1 0,0449 0,851 0,1724 0,467

2 0,0788 0,741 -0,1738 0,464

3 -0,1453 0,541 0,1005 0,673

R: Coefficient de Pearson (α=0,01)

87

Tableau D.2. Corrélations entre les facteurs de qualité de surface et la masse volumique

basale pour chaque condition de coupe.

condition de coupe corrélation: masse

volumique - fil arraché

corrélation: masse

volumique – ondulation

ou facteur 1

corrélation: masse

volumique – rugosité ou

facteur 2 orientation

profondeur

(mm) R valeur P R valeur P R valeur P

0°-90°

1 0,2241 0,3423 0,1639 0,4899 -0,1654 0,4858

2 0,2797 0,2323 0,1639 0,4899 0,0196 0,9348

3 0,0298 0,9035 0,1175 0,6318 -0,0561 0,8194

15°-75°

1 0,1068 0,6541 -0,0196 0,9348 -0,1128 0,6359

2 0,0993 0,6772 0,2662 0,2567 -0,3038 0,1929

3 0,1248 0,6001 0,2812 0,2297 -0,3774 0,1009

30°-60°

1 0,0571 0,8109 0,3729 0,1053 -0,1940 0,4125

2 0,1564 0,5103 0,2436 0,3007 -0,0451 0,8502

3 0,3985 0,0818 0,5639 0,0096* -0,3248 0,1623

45°-45°

1 -0,3158 0,1750 0,0722 0,7623 -0,3248 0,1623

2 -0,1985 0,4015 0,0286 0,9048 -0,0767 0,7479

3 -0,1850 0,4350 0,0812 0,7336 -0,2677 0,2539

R: Coefficient de Pearson (α=0,01)

*corrélation significative

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