À l’intérieur du bois Impression 3D et anatomie du bois de lutherie

Utilisée depuis 2016 à l’ITEMM, l’impression 3D est une technologie abordable et particulièrement adaptée à la fabrication de prototypes et d’outils dans un contexte de facture instrumentale. De plus, la fabrication de pièces à différentes échelles est facilement réalisable avec ce procédé, notamment dans un objectif pédagogique.

C’est dans ce contexte que le pôle recherche et innovation a fabriqué des agrandissements (de 250 à 500 fois) de cellules de bois en impression 3D. Cela permet aux étudiants de visualiser et manipuler les cellules de bois en trois dimensions, afin de faire le lien entre des caractéristiques ressenties de façon empirique et l’architecture des cellules du bois.

Dans les zones tempérées, le bois présente, lorsqu’on le coupe dans un plan perpendiculaire à la direction principale du tronc, des cernes qui varient d’une année sur l’autre (voir figure 1 sur de l’épicéa, Picea abies). C’est ce qui est utilisé, par exemple, pour déterminer l’âge du bois ou dater des bois anciens par dendrochronologie.

Figure 2 : Coupe transverse d’un épicéa, gauche : avec objectif standardde smartphone, droite : avec objectif supplémentaire macro pour smartphone

En allant voir de plus près, ces cernes sont le fruit de l’architecture, du nombre, et des dimensions des cellules de bois :  principalement, ici, des trachéides pour l’épicéa. Sur la figure 2, on voit différents niveaux de grossissement d’un morceau d’épicéa issu d’une coupe très fine au microtome. 

En s’approchant de plus en plus, on observe une alternance entre des cellules larges et relativement vides (bois de printemps) et d’autres plus resserrées (bois d’été). Un micromètre (µm) vaut un millième de millimètres.

Figure 2 : vue microscopique de lames d’épicéa découpées au microtome. Vue microscopique : Romain VIALA, préparation des échantillons : Marjan SEDIGHI GILANI, EMPA, Zurich

La technique par tomographie, décrite dans l’article “Vers de nouvelles méthodes de mesure pour les luthiers ?”, permet d’être encore plus précis, et d’effectuer des mesures à l’intérieur de la matière en trois dimensions, cela permet par exemple de colorer et d’évaluer la densité des parois (figure 3, à droite).

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Figure 3 : Reconstitution tomographique d’une coupe d’épicéa, a : données reconstruite sà partir de l’absorption de rayons X, b : colorisation en fonction de la densité des parois ou du vide. Tomographie réalisée à l’institut Paul Scherrer, Villigen, Suisse. Traitement avec le logiciel Fiji

Cette technique permet alors de voir les cellules de bois à la fois dans la direction du fil du bois, mais aussi en travers, comme sur la figure 4, où l’on peut voir l’organisation à l’échelle microscopique des cellules.

Figure 4 : Vue large d’images tomographiques colorisées en fonction de la densité, a : coupe transversale (bois de bout, RT), b : plan radial, perpendiculaire aux cernes (LR). Tomographie réalisée à l’institut Paul Scherrer, Villigen, Suisse. Traitement avec  le logiciel Fiji

Enfin, il est possible de réaliser une reconstruction en 3D (voir figure 5). Celle-ci est manipulable en 3D ci-dessous et peut être téléchargée. Cet objet virtuel peut ensuite être imprimé en 3D par différentes méthodes : ici, nous utilisons le dépôt de fil fondu d’acide poly lactique (ou PLA) (figure 5, à droite).

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Figure 5 ; à gauche : modèle reconstruit en 3D, réalisé au CRT de Morlaix en se basant sur les données de tomographie ; à droite : impression en 3D du modèle, avec du filament PLA chargé bois.

Pour finir, de nombreuses versions peuvent dorénavant être réalisées aisément. À l’ITEMM, nous utiliserons ces objets 3D comme outils pédagogiques lors de l’enseignement de l’anatomie du bois aux apprenant.e.s.

D’autres modèles peuvent être trouvés à cette adresse , proposés par l’université de Yale : https://sketchfab.com/brodersen?utm_medium=embed&utm_source=website&utm_campaign=share-popup


Auteur : Romain VIALA

Figure 6 : Impressions 3D réalisées à partir d’une reconstitution tomographique d’épicéa (Picea abies)

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