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Test en flexion du bois et adaptation du design des arcs simples


Corbeau
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Ci-dessous une traduction que j'ai faite d'un texte de Tim Baker. Même si tout le monde ne souhaite pas mener de tels essais, cet écrit est vraiment intéressant pour comprendre comment travaille le bois.

UN ESSAI STANDARD DE FLEXION DU BOIS

(Tim Baker – TBB volume 1 page 99)

Le bois ne donne pas de sensation soudaine de durcissement lorsqu’on le courbe. Le bois ne prévient en aucune manière avant de casser. Comment un facteur d’arcs peut-il connaître le niveau de contrainte qu’un certain bois peut supporter ? Comment peut-il savoir quel arc peut être obtenu à partir d’une certaine billette ?

Vous pourriez penser qu’une fois familiarisé avec quelques essences, des essais vous montreront les largeurs correctes de branches pour chaque type de bois. Mais la fourchette de résistance et d’élasticité au sein d’une même essence est bien trop large d’une billette à l’autre. Des billettes d’une même essence, prises au hasard et transformées en arcs identiques, montreront des différences de performances frappantes. Ces différences, naturellement, seront liées au suivi de corde que chaque arc aura développé.

Un essai en flexion peut dire au facteur d’arc tout ce qu’il a besoin de savoir d’un échantillon de bois, avec beaucoup moins d’efforts et des résultats plus fiables qu’en fabricant des arcs miniatures.

Il lui permettra de savoir quelle largeur les branches doivent avoir pour une puissance donnée, combien de suivi de corde l’arc prendra et combien les branches pèseront. A partir de là, il saura les performances de l’arc, à un ou deux fps près. Ce test est fiable car, à la différence des essais statiques en laboratoire, il fait faire à l’échantillon de bois exactement ce qu’il ferait dans un arc.

(…….)

L’échantillon d’essai mesure 1/2 pouce x 1/2 pouce x 18 pouces (12,7 mm x 12,7 mm x 457 mm). La largeur et surtout l’épaisseur devront être précises à 1/100’’ près.

(…….)

Les échantillons de bois devront être stabilisés au % d’humidité de votre zone géographique. Une différence d’humidité de 1% dans le bois changera les résultats d’environ 6%. J’utilise du bois à 9%. Conserver les échantillons dans de l’air à 50% d’humidité permet cela.

LE MONTAGE DE TEST (légende de la photo) :

Placez le peson à ½’’ de l’extrémité de l’échantillon. Gardez toujours le peson à un angle de 90°. Le centre du point d’appui est à 4’’ de l’extrémité bloquée de la latte.

Faites fléchir l’échantillon d’un pouce, relâchez et tirez à nouveau 5 fois avant de lire le poids. Cela donne au bois sa véritable déformation et la force correspondante. Relâchez et lisez la déformation prise. S’il y a un mouvement de retour rapide, attendez jusqu’à ce que le mouvement ralentisse et soit quasi-imperceptible.

Continuez comme ci-dessus, augmentant la distance d’un demi pouce à chaque fois, jusqu’à ce que l’échantillon casse.

Notez en particulier la distance et le poids qui ont donné à l’échantillon une déformation de 1/4 pouce. Notez aussi la distance maximale, le poids et la déformation au moment de la rupture, et quand des plis de compression sont apparus.

Un bois moyen s’est courbé de 3’’1/4 sous 25 lbs en se déformant de 1/4’’, et a cassé à 4’’. Ses valeurs clefs sont :

25 lbs – 3’’1/4 – 1/4’’ – 4’’. (a priori du frêne blanc, note du traducteur)

Un arc fait à partir de ce bois servira ici de base de comparaison. Il fait 66’’ de longueur et possède une puissance de 50 lbs à 28’’. Le meilleur compromis performance/suivi de corde/fiabilité obtenu avec ce bois est un arc dont les branches font 1’’3/4 de largeur. Cette largeur a été obtenue par essais successifs. Les billettes utilisées étaient issues d’un tronc de 6’’ de diamètre.

Un autre échantillon pourra par exemple donner :

20 lbs - 3’’1/4 – 1/4’’ – 4’’.

Cet échantillon s’étant lui aussi déformé de 1/4’’ à 3’’1/4 de traction, il possède une élasticité identique à l’échantillon de référence ci-dessus, mais oppose moins de résistance à la flexion. Pour faire un arc de 50 lbs à partir de ce bois plus faible, il devra être plus large d’un certain pourcentage. Divisez 25 lbs par 20 lbs = 1,25. Multipliez 1,25 par 1,75’’ (largeur de l’arc de référence) = 2,19’’. A 2,19’’ de largeur, l’arc fait de ce bois plus faible aura les mêmes performances, le même suivi de corde et la même fiabilité que l’autre arc fait d’un bois plus résistant.

Un bois plus résistant mais plus cassant pourra par exemple donner :

40 lbs - 3’’ – 1/4’’ – 3’’. (a priori du robinier, note du traducteur)

Pour cet échantillon, le poids est au-dessus de la moyenne à 1/4’’ de déformation, mais la distance est inférieure à la moyenne. Le bois est plus résistant à la flexion mais moins élastique, et de ce fait il est capable de stocker moins d’énergie que ce qu’indique sa résistance élevée. Ce bois devrait être moins épais, et de ce fait opposer moins de résistance pour obtenir la déformation de 1/4’’ à 3’’1/4. Des essais montrent que lorsqu’on augmente la distance de 1/4’’ en diminuant l’épaisseur (pour avoir toujours une déformation de 1/4’’), le poids diminue de 20% environ. Donc si l’épaisseur de notre échantillon était diminuée suffisamment pour qu’il subisse sa déformation de 1/4’’ à 3’’1/4 au lieu de seulement 3’’, le poids baisserait de 20%, passant de 40 lbs à 32 lbs. Les valeurs de référence de largeur et de poids étant 1’’3/4 et 25 lbs, divisez 25 lbs par 32 lbs = 0,781 ; puis multipliez ce résultat par 1,75’’ = 1,36’’. Un arc de ce bois devrait avoir une largeur de 1,36’’ au lieu de 1,75’’.

Un bois plus résistant et plus élastique pourra par exemple donner :

30 lbs – 3,5’’ – 1/4’’ – 6’’. (a priori de l’if, note du traducteur)

Pour cet échantillon, le poids est au-dessus de la moyenne à 1/4’’ de déformation, et la distance est aussi supérieure à la moyenne. Ce bois est plus résistant à la flexion et plus élastique, et de ce fait il est capable de stocker plus d’énergie que ce qu’indique sa résistance modeste à la flexion. Ce bois devrait être plus épais, et de ce fait opposer plus de résistance pour obtenir la déformation de 1/4’’ à 3’’1/4. Si l’épaisseur de notre échantillon était augmentée suffisamment pour qu’il subisse sa déformation de 1/4’’ à 3’’1/4 au lieu de 3,5’’, le poids augmenterait d’environ 20%, passant de 30 lbs à 36 lbs. A nouveau, divisez 25 lbs par 36 lbs = 0,694 ; puis multipliez ce résultat par 1,75’’ = 1,21’’. Un arc de ce bois devrait avoir une largeur de 1,21’’ au lieu de 1,75’’.

Etc.

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De rien, j'ai plaisir à partager ces informations.

Un petit supplément de traduction, important à mon avis :

Les leçons des essais en flexion

Les différents types de cassures et de défaillances du bois donnent des indices sur les propriétés du bois.

Les échantillons qui fléchissent beaucoup avant de prendre 1/4'' de déformation sont plus élastiques en compression. L'osage et l'if en sont des exemples.

Les échantillons qui prennent très tôt une déformation, mais fléchissent beaucoup avant de casser, présentent une faible élasticité en compression mais une grande résistance en traction. De tels bois peuvent encaisser du reflex et des courbures avec sécurité, et seront plus tolérants vis-à-vis des erreurs d'équilibrages et des défauts internes. Cette tolérance est moins précieuse quand on travaille une pièce de bois parfaitement droite, mais elle l'est particulièrement quand on a affaire à des morceaux à problèmes. Des exemples de ce genre sont l'hickory et l'orme.

Les échantillons qui cassent en traction avant de prendre beaucoup de déformation sont faibles en traction par rapport à leur résistance en compression et sont de bon candidats pour un renfort (backing). Si on ne les renforce pas, les branches devront être faites plus larges et moins épaisses pour être capable de fléchir davantage en toute sécurité. Des exemples de ce genre sont le cèdre (a priori eastern red cedar, NDT), le genévrier, le saule, le cerisier (a priori black cherry américain, NDT), et de nombreux conifères. Les ruptures en traction peuvent être reconnues par leur caractéristique fracture transversale à travers le dos, laissant souvent le ventre en-dessous intact.

Les échantillons qui cassent normalement (cassure sensiblement à 90° d'après les illustrations du livre, NDT) avant de prendre beaucoup de déformation sont faibles en traction ET en compression. Les arcs réalisés avec de tels bois doivent être faits plus larges que ce qu'indiquent les chiffres obtenus lors du test. De tels bois sont rares. Des exemples sont le teck et certains conifères.

(................)

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Pierre disait justement que les pratiques ont évolué depuis les TBB (et beaucoup grâce à eux et à des forums comme Webarcherie et Paleoplanet), que de l'expérience nouvelle a été accumulée, même si ça ne remet pas tout en question.

A ce propos, une pratique qui s'est développée me semble importante : c'est la cuisson du ventre au décapeur thermique. Elle permet d'augmenter la résistance en compression d'un bois, en particulier ceux qui sont nettement plus fort en traction qu'en compression.

C'est le cas de la plupart des bois blancs, et en particulier de l'orme et de l'hickory comme le cite Baker. Les arcs en hickory d'Ajar sont un bel exemple de ce qu'une cuisson poussée peut apporter : assez étroits, très puissants et pourtant presque sans suivi de corde. L'hickory est certainement un des meilleurs bois "à cuire". Mais il est probable qu'on puisse appliquer cela même à certains bois exotiques, il y a plein d'expériences à faire dans ce domaine... En général, on est déçu parce que les effets de la cuisson diminuent avec le temps. C'est sans doute parce que celle-ci a été trop rapide et superficielle.

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