Ann. For. Sci. 51 (1994) 301-313
DOI: 10.1051/forest:19940309

A study on growth stresses, tension wood distribution and other related wood defects in poplar (Populus euramericana cv 1214): end splits, specific gravity and pulp yield

P Castéra^a, G Nepveu^b, F Mahé^a and G Valentin<sup>a

a</sup>  Laboratoire de Rhéologie du Bois de Bordeaux (CNRS / INRA / Université de Bordeaux), Domaine de l'Hermitage, BP 10, Pierroton, 33610 Cestas
^b  INRA, Station de Recherche sur la Qualité des Bois, Centre de Recherches Forestières, Champenoux, 54280 Seichamps, France

Abstract - The development of radial shakes after felling the tree has been observed on transverse sections of 15 poplar logs. The importance of end splitting is related to the distribution of internal stresses in the stem (growth stress), the angular variations of wood structure (specific gravity and pulp yield), and the transverse mechanical resistance of wood. To investigate growth stresses, longitudinal displacements after stress release were estimated at the periphery of the stem using the single hole method. At least 4 measurements were necessary to estimate the maximum displacement value and the circumferential heterogeneity of the stress field. The position of this maximum was generally found on the upperside of the trees. To examine end splitting, the radial and longitudinal extension of splits were roughly estimated for all visible shakes occurring on cutting sections near stress measurements (breast height). Shakes were also measured for comparison at the felling section of the logs. The dimensions of the longest shake were used as an indicator of the severity of end splitting. A complete map of wood basic specific gravity was made at the breast height level for all trees. This is associated with pulp yield measurements, an increase in density and pulp yield being generally considered as an indicator of gelatinous fibres. Peak values of growth stresses in the stem were associated with a significant increase in pulp yield and specific gravity. The study was completed by a set of experiments on resistance to crack propagation via TR bending specimens. The critical stress intensity factor K_IC was calculated. Quantitative measurements of end splitting have proved to be a useful tool for assessing the technological impact of growth stresses in trees; the importance of cracks is clearly related to the maximum value of displacement at stress release. However, crack propagation can also be explained by cell-wall properties and transverse cohesion of green wood. Further research should focus on this second aspect, in order to determine structural properties of importance in crack propagation.

Résumé - Contraintes de croissance, bois de tension et défauts associés chez le peuplier 1214. Fentes d'abattage, densité du bois et rendement en fibres. L'influence de contraintes internes élevées dans l'arbre, et du comportement mécanique transverse du bois, sur l'importance des fentes d'abattage, a été étudiée chez 15 peupliers 1214 (clone sensible au problème) agés de 30 ans. Pour ces arbres le protocole suivant a été adopté : i) Estimation des déformations résiduelles en 4 points à la périphérie du tronc, à une hauteur de 1,30 m. La position du pic de déformation est généralement estimée par la direction d'inclinaison de l'arbre mesurée sur 6 m. ii) Quantification des fentes sur la section d'abattage et sur une section voisine des points de mesures des déformations : longueur et profondeur maximale estimée des fissures. Les dimensions de la plus grande fente ont été prises comme indicateur de l'importance des fentes. iii) Cartographie de densité : des rondelles prélevées dans la même zone ont été découpées en 24 secteurs angulaires et 4 tranches radiales correspondant à des événements précis (années d'élagage, éclaircie). La présence de bois de tension est évaluée par des zones de densité plus élevée. L'estimation a été complétée par des mesures de rendement en pâte (présence de fibres gélatineuses). La notion de «bois de tension» est dans notre esprit plus mécanique qu'anatomique, et traduit effectivement un changement des propriétés du bois dans les zones plus tendues de l'arbre. iv) Résistance à la propagation de fissure : l'étude a été complétée par des essais de propagation de fissure en mode / réalisés sur des éprouvettes de flexion 3 points en configuration TR (éprouvette SENB, propagation radiale). Cette étude montre qu'une estimation même simplifiée de la fissuration à l'abattage met en évidence l'impact technologique des contraintes de croissance : les arbres pour lesquels des fentes importantes ont été observées présentaient également des pics de contraintes internes. Les cartographies de densité montrent clairement des secteurs de surdensité dans les zones «tendues», parfois limités à la périphérie du tronc, parfois très précoces (près de la moelle). Enfin la fissilité du bois, indicateur de cohésion cellulaire, semble également jouer un rôle dans la variabilité de la fissuration. Ce deuxième aspect devrait être développé ultérieurement.

Key words: growth stresses / end splitting / tension wood / fracture toughness / poplar

Mots clés : contraintes de croissance / fentes d'abattage / bois de tension / ténacité / peuplier