Étude expérimentale et numérique du comportement hygromécanique d’un panneau de bois. : Application à la conservation des tableaux peints sur bois du patrimoine.

Conservation or restoration of many ancient wooden artefacts such as panel paintings is madedifficult. In addition by issues linked to wood ageing, but also by the delicate situationsoriginaling from asymmetrical moisture transfer phenomena through surface layer and woodensubstrate. Conservators have tried to eradicate panels curvatures by moistening and flatteningby pressure ; or simply in term of restoration act, by panel thinning followed by gluing on arigid support. Between fortunate handling and absence of environmental control, some paintlayers flaked material was partially lost, cracks opened. Indeed, the artefacts from culturalheritage that we handle are the witness of ancient times and practices, and may provide keysto the understanding of long-term behaviour of wooden structures.First, we have focused on the basic understanding of wood aging, we have made hygro-thermaltreatment at 120°C for several humidities and at 50°C by hydric cycles on poplar samples(Populus alba). We underlined physical and chemical process and the reversible effect of heattreatedwood. Then we studied the behaviour of a painted panel part, and the relation betweenwood and preparatory layer. Our work shows clearly that the hygromechanical behaviour ofthe preparatory layer is very dependent on its composition, and that it is important to knowprecisely the layer composition before being able to analyse the global behavior of a panelpainting. Finally, our work concerned experimental and numerical study of hygromechanicalbehaviour of a wooden panel, based on continuous mass weighting and measurement of strainby stereo-correlation during hygrothermal fluctuations of the environment. We decoupled experimentallythe different components occurring in hygromechanics of panel painting, and weworked to set up a numerical tool allowing the simulation of observed phenomena. This thesispresents, on a fundamental point of view, the wooden panel behavior under climatic fluctuations,linking with cultural conservator actors (such as curators, conservators, scientists fromcultural heritage . . .) in order to develop tools to decision help.De nombreux objets en bois ancien posent des difficultés de conservation et de restauration.En plus des problèmes liés au vieillissement naturel du bois, la conservation et la restaurationdes panneaux peints sont des exercices délicats de mise en œuvre, à cause des phénomènescomplexes d’échanges hydriques asymétriques entre la couche picturale et le revers du tableau.Les restaurateurs du patrimoine ont cherché à éliminer la courbure du panneau parhumidification et pression progressive afin de renforcer et aplanir le panneau ; ou simplement,en termes d’acte de restauration, par amincissement par l’arrière du support du tableau puiscollage sur un support rigide. Entre manipulations malheureuses et stockage dans des conditionsnon contrôlées, cela a eu pour conséquence l’écaillage et la perte partielle de la couchepicturale de certains d’entre eux, sans oublier l’initiation de fissures. Ainsi, les objets du patrimoineque nous manipulons sont des témoins précieux à la fois d’un art, d’une époque etd’un comportement à long terme du matériau considéré.Nous nous sommes intéressée, dans un premier temps, à la compréhension plus fondamentaledu vieillissement du bois. Pour cela nous avons traité hygro-thermiquement à 120°C à différenteshumidités et à 50°par cycles d’humidité des échantillons de peuplier (Populus alba).Nous avons pu mettre en avant les processus physico-chimiques et également le phénomène deréversibilité des traitements hygro-thermiques. Puis nous avons étudié le comportement d’unepartie d’un panneau peint, afin d’étudier relation bois - couche préparatoire. Nos résultatsmontrent que les couches préparatoires ont un comportement hygromécanique bien différentles unes des autres, et qu’il est important de connaître la composition fine de ces couches avantde pouvoir analyser le comportement global du panneau peint. Enfin, nos travaux ont concernél’étude expérimentale, basée sur des mesures de masse en continu et des mesures de champ dedéformation par stéréo-corrélation, et la simulation du comportement hygromécanique d’unpanneau de bois soumis à des fluctuations hygrothermiques. Nous avons pu découpler d’unpoint de vue expérimental les différents composants intervenant dans l’hygromécanique dupanneau peint, et nous avons œuvré pour la mise en place d’un outil de simulation numériquepouvant rendre compte des phénomènes observés. Ce travail de thèse présente donc d’un pointde vue fondamental le comportement d’un panneau de bois soumis à des variations d’humidité,en lien avec les acteurs de la préservation du patrimoine (conservateurs, restaurateurs, scientifiquesspécialisés dans ce domaine...) dans le but de développer des outils d’aide à la décision