La densité du bois, grandeur sans dimension correspond pour une essence donnée, au rapport de la masse du bois à la masse d'eau occupant le même volume (autrement dit c'est le rapport entre la masse volumique du bois et , la masse volumique de l'eau à ). Un intérêt pratique de cette donnée est qu'en première approximation, un bois qui flotte a une densité inférieure à un, s'il coule sa densité est supérieure à 1. Perpétuant l'usage ancien, la densité du bois dans la littérature moderne est encore souvent exprimée par la masse volumique. La masse volumique (la densité absolue) du bois est le rapport de sa masse à son volume, généralement exprimée en kilogramme par mètre cube.
La densité du bois étant dépendante de son humidité, il est possible de dégager les notions suivantes :
densité anhydre., c'est-à-dire la densité du bois lorsqu'il est déshydraté (par exemple à l'étuve) ; densité à l'état sec à l'air., c'est-à-dire la densité du bois lorsqu'il est en équilibre avec les conditions atmosphériques et Hygrométriques ambiantes., par convention un taux d'humidité de 12 % ; densité à l'état vert. : densité du bois lorsqu'il est à l'état vert ou saturé.
La masse volumique doit donc être donnée relativement à une teneur en humiditéGuillaume Giroud. Caractérisation de la qualité du bois : les propriétés du bois. Document de référence janvier 2019. Gouvernement du Québec Ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs. Lire en ligne sur mffp.gouv.qc.ca.La densité du bois est corrélée à plusieurs caractéristiques physiques ou technologiques du bois dont la dureté, la résistance mécanique, différentes propriétés acoustiques., thermiques et calorifiques, la flottabilité du boisK.G. Fensom. Some effects of seasoning on the floatability of logs. Forest products laboratories of Canada. 1933. lire en ligne.. La densité du bois influence aussi le coût du transport des grumes et des bois sciés, le prix d’achat du bois au poids, le rendement en pâte. Elle est enfin un facteur clé pour l’évaluation de la biomasse forestière et de la bioénergie.
En principe la teneur en eau augmente avec la diminution de la densité du bois..
Densité de la lignocellulose La densité de la paroi cellulaire, constituée de cellulose, lignine et hémicellulose (collectivement appelés lignocellulose), indifférente de l'essence de l'arbre, est d’environ (soit une densité de 1,5). Les essences ont des densités différentes parce qu'elles ont des porosités différentesLonguetaud, Fleur & Mothe, Frédéric & Santenoise, Philippe & Rivoire, Michaël & Fournier, Meriem & Saint-Andre, Laurent & Deleuze, Christine. (2014). Étude exploratoire de la masse volumique - Influence du « taux de remplissage » en eau du bois frais. Rendez-Vous Techniques. RDVT. 65-72. lire en ligne. Le bois peut se concevoir conceptuellement comme une combinaison de matière fixe, les parois cellulaires et de vides plus ou moins remplis d'eau.
Densité anhydre du bois Le bois contient également des quantités mesurables d'extractifs organiques tels que des terpènes, des résines et des polyphénols tels que des tanins, des sucres et des huiles; aussi des composés inorganiques tels que les silicates, les carbonates et les phosphates qui apparaissent dans le bois comme des infiltrats et produisent des cendres lorsque la substance du bois est décomposée. Ensemble, la quantité de cendres et d'extractifs va affecter le poids du bois différemment selon les essences. L'iroko par exemple contient 2,35 % de substances minérales.
La densité anhydre (en anglais, ) est la densité basée sur le poids et le volume du bois lorsqu'il est déshydraté au four. Ce bois ne contient que de la lignocellulose (dans les faits aussi quelques extractifs et substances minérales) et de l'air. On peut à partir du bois anhydre déterminer proportion d'espace rempli d'air dans le bois. Considérant un bois ayant une densité anhydre de (densité absolue, masse volumique), un mètre cube d'un tel bois contiendrait de lignocellulose dont la densité est d'environ . Cela signifie que les substances ligneuses n'occupent que . Le restant étant de l'air, soit deux tiers du volume. Ce calcul met l'accent sur la porosité de la plupart des bois secs.
Densité, densités Il existe plusieurs standards pour compter la densité, qui ne vont pas donner des résultats identiques, et souvent les scientifiques eux-mêmes subissent une certaine confusion dans les systèmes utilisés. Par définition, /, et en première approximation un bois flotte s'il a une densité inférieure à un, il coule si sa densité est supérieure à un. Le balsa flotte alors que le gaïac coule.
Suit une compilation de densités de quelques essences européennes relevées au ; le bois est desséché à l'air (humidité de 20 % à 25 %) . Il ne faut pas accorder une valeur absolue à chacun des chiffres, mais le tableau permet un classement des essences suivant leur densité (dixit l'auteur) : +EssenceDensité sec à l'air Ébène1,100Chêne tauzin0,999Sorbier domestique0,972Micocoulier0,950Cornouiller mâle0,945Olivier0,940Buis0,935Chêne rouvre0,780Prunier, néflier, cerisier0,750Chêne pédonculé0,715Érable champêtre0,702Sorbier des oiseleurs0,700Charme0,700Robinier0,700Platane0,680Hêtre0,680Frêne0,670+Essencedensité sec à l'airÉrable sycomore0,655Alisier torminal0,655Orme0,655Châtaignier0,648Bouleau0,607Acajou d'Afrique0.570Pin Sylvestre0,540Saule marsault0,535Aulne commun0,534Mélèze0,530Peuplier blanc0,515Tilleul0,500Sapin commun0,496Cèdre0,494Épicéa0,460Tremble0,459Peuplier d'Italie0,390 La méthode habituelle consiste pour calculer la densité consiste à peser une pièce de bois et calculer son volume. La plus simple, employée par tous les cultivateurs consiste à équarrir un morceau de bois de telle manière que le volume soit facilement calculable.
Duhamel, Pieter van Musschenbroek, Cossigny, Varennes de Fenilles, au ont réalisé des recherches sur la densité. La méthode employée par Musschenbroek pour calculer la densité consiste à enduire un morceau de bois d'une légère et fine couche de résine qui le rend imperméable à l'eau ; il est ensuite pesé à l'air puis totalement immergé dans l'eau. Le principe d'Archimède permet de calculer simplement le volume du morceau : l'écart de poids entre les deux mesures correspond au poids du volume d'eau déplacé, qui est aussi le volume du morceau de bois.
Par exemple, si un morceau de chêne fraîchement coupé pèse à l'air , et plongé dans l'eau : la différence () est la masse du volume d'eau déplacée (c'est-à-dire de puisque la masse volumique de l'eau est de 1). On obtient une masse volumique égale à 1 927/1 687, soit (ou ). La densité obtenue est de même valeur numérique, soit . Si le bois est plus léger que l'eau et qu'il surnage, il faut placer une poulie au fond du vase, attacher le bois à un fil passé dans la poulie, et attacher l'autre bout du fil à un plateau de balance afin de déterminer le poids nécessaire pour submerger le bois.
Quelques densités données par Jean-Henri Hassenfratz en 1804 : EssenceNom scientifiqueDensité sec à l'air AbricotierPrunus armeniaca0,790Acacia à trois épinesGleditsia triacanthos0,676Alizier communSorbus torminalis0,879AllierSorbus aria0,739AmandierPrunus dulcis1,102Arbre de JudéeCercis siliquastrum0,686Aune communAlnus glutinosa0,655Bois de Sainte LuciePrunus mahaleb0,865Bouleau communBetula pubescens0,702Bouleau blanc à merisierBetula lenta0,570Boulinet0,785Buis de MahonBuxus balearica0,919CatalpaCatalpa0,467Cèdre du LibanCedrus libani0,603CerisierPrunus (Cerasus)0,741Charme communCarpinus betulus0,760ChâtaignierCastanea0,685Chêne commun ou mâleQuercus petraea0,905Chêne blanc du CanadaQuercus alba0,812Chêne de BourgogneQuercus cerris0,764Chêne rouge de VirginieQuercus rubra0,587Chêne verdQuercus ilex0,994Cormier ordinaireSorbus domestica0,910Cyprès commun pyramidalCupressus sempervirens0,656Cyprès étaléCupressus sempervirens0,470Cytise des AlpesLaburnum alpinum0,933Ébénier des alpesLaburnum alpinum1,054Érable de VirginieAcer saccharinum0,619Érable duretAcer opalus0,753Érable communAcer campestre0,755Érable de MontpellierAcer monspessulanum0,730Érable jaspéAcer pensylvanicum0,555Faux-acaciaRobinia pseudoacacia0,791Févier sans épineGleditsia triacanthow inermis0,780Frêne communFraxinus excelsior0,787Genévrier d'EspagneJuniperus thurifera0,584Hêtre communFagus sylvatica0,720HypreauPopulus alba0,556IfTaxus0,778Laurier francLaurus nobilis0,695Laurier cerisePrunus laurocerasus0,822Liège et boisQuercus suber L.1,212Lilas des Indes1,009LiquidambarLiquidambar0,720Marronnier d'IndeAesculus hippocastanum0,657MarsaultSalix caprea0,594Mélèze communLarix decidua0,656Mersisier communPrunus avium0,714Micocoulier occidentalCeltis occidentalis1,003Mûrier blancMorus alba0,755Mûrier du CanadaMorus rubra0,893Mûrier noirMorus nigra0,674Mûrier de la ChineBroussonetia papyrifera0,660Noyer communJuglans regia0,656Noyer noir de VirginieJuglans nigra0,827Orme communUlmus minor0,700PêcherPrunus persica0,749Peuplier blancPopulus alba0,630Peuplier noirPopulus nigra0,478Peuplier d'ItaliePopulus nigra var. italica0,398Peuplier de la CarolinePopulus ×canadensis0,420LiardPopulus deltoides0,534Pin sauvagePinus mugo0,621Pin d’ÉcossePinus sylvestris0,569Pin blanc0,680Pin cultivé0,570PlaneAcer platanoides0,623Platane d'OrientPlatanus orientalis0,540Platane d'OccidentPlatanus occidentalis0,720Poirier sauvagePyrus pyraster0,706PommierMalus0,736PrunierPrunus domestica L.0,762Prunier de VirginiePrunus virginiana0,866PtéléaPtelea trifoliata0,638Sapin argentéAbies alba0,487Sapin PicéaPicea0,498SalsafrasSassafras0,643Saule communSalix alba0,449Saule de BabyloneSalix babylonica0,508Sycomore communFicus sycomorus0,676Sorbier des oiseauxSorbus aucuparia0,739Tilleul communTilia ×europaea L.0,549TremblePopulus tremula0,527Tulipier0,477Vernis du JaponToxicodendron vernicifluum0,820 Densité des forestiers Il arrive qu'en première approximation simplificatrice, les forestiers comptent pour un bois frais ou ressuyé, une tonne par mètre cube de bois quelle que soit l'essence (ce qui suppose que les bois légers, plus poreux contiennent plus d'eau).
Densité à 12 % MC La densité à 12 % d'humidité est la norme de mesure la plus courante pour presque tous les essais de bois effectués dans le monde. Une teneur en humidité de 12 % est atteinte lorsqu'un échantillon de bois a atteint un degré d'humidité d'équilibre, ou équilibre hygrométrique (en anglais : EMC soit ) avec l'air ambiant à une température de (environ ), et une humidité relative d'environ 65 %. L'entreposage du bois dans des zones où l'humidité relative est inférieure à celle-ci se traduira par une teneur en humidité inférieure, et donc une densité correspondante plus faible. Le balsa a une densité de 0,15 (12 % MC), le gaïac une densité de 1,26 (12 % MC), et celle de Quercus virginiana est proche de 1 (12 % MC). , un bois très dense a une densité de 1,43 (12 % MC). La densité peut varier, généralement de plus ou moins 10 % par rapport à la densité moyenneThe wood database. Wood that Sinks in Water (specific gravity).
Les bois ont des masses volumiques comprises entre (minimum pour le balsa) et (maximum pour le Guaiacum officinale). La plupart des essences commerciales ont une densité comprise entre et .
Densité basale
La densité basale ou masse volumique basale, ou infradensité (en anglais ) est le rapport entre la masse anhydre et son volume à l'état saturé, exprimée en kilogramme par mètre cube ou en livres/pied cube (unités anglaises).
Densité SG