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De bois noué courent grandes vendanges.

--Proverbe français

Trente-six arbres d’épinette noire ont été récoltés dans la région de Chibougamau au nord de Québec et répartis dans trois catégories de densité de peuplement après avoir déterminé leur densité de peuplement locale. Les arbres ont été débités en trois billes de 2,7 m de longueur dont la partie supérieure de 30 cm de longueur a été coupée et utilisée comme support de l’échantillonnage. Le travail a consisté à étudier les variations des propriétés du bois avec la densité de peuplement à différentes hauteurs de l’arbre. Ces propriétés, estimées comme les critères de qualité du bois les plus importants, sont la masse volumique du bois, le taux de croissance, le retrait, la résistance mécanique et la structure anatomique en coupe transversale. De plus, ces caractéristiques anatomiques, physiques et mécaniques ont été étudiées sur des échantillons de même provenance permettant ainsi de mettre en évidence les relations entre celles-ci.

La masse volumique du bois et la structure anatomique ont été déterminées respectivement par densitométrie aux rayons X et à l’aide du logiciel WinCell, cerne par cerne, afin d’obtenir un profil radial dépendant de l’âge cambial. L’angle des microfibrilles a été mesuré par le procédé SilviScan au CSIRO Forestry and Forest Products Department, Australie, et les propriétés mécaniques ont été mesurées par essais de flexion statique sur des éprouvettes tirées de la moelle vers l’écorce.

Les résultats montrent en premier lieu de très grandes variations radiales de la moelle vers l’écorce des principales caractéristiques du bois dont certaines (surface des cernes, masse volumique maximale des cernes, angle des microfibrilles, module d’élasticité) caractérisent la transition entre le bois juvénile et le bois mature. Ils montrent aussi que la plupart des variations significatives des caractéristiques étudiées concernent les variations en hauteur dans l’arbre plutôt que les variations causées par la densité de peuplement, et que ces variations sont très accentuées dans le bois juvénile. On constate également que la densité de peuplement a un effet plus important sur les caractéristiques de croissance de l’arbre que sur la masse volumique du bois.

L’étude de l’âge de transition du bois juvénile au bois mature, calculé à partir du profil radial de la surface des cernes et de la masse volumique maximale des cernes, met en évidence un effet significatif de la hauteur dans l’arbre dont l’effet est de raccourcir la période juvénile de 17 ans en bas de l’arbre à 12 ans en haut de l’arbre. Toutefois, la proportion en volume de bois juvénile, semble présenter peu de variations avec la hauteur dans l’arbre. L’effet de la densité de peuplement n’est pas significatif sur l’âge de transition, par contre on observe une augmentation de la proportion de bois juvénile avec la densité de peuplement.

Une analyse statistique utilisant le modèle mixte a montré qu’il y a une grande influence de l’angle des microfibrilles et de la masse volumique des cernes sur les propriétés mécaniques du bois et que la largeur des cernes n’a pas d’influence sur ces propriétés.

Thirty-six black spruce trees were collected in the Chibougamau area, north of Québec City and assigned into three stand density groups according to their local stand density. The trees were cut into three logs of 2.7-m in length from which the upper 30-cm long bolt was sawn and used as the sampling material. The aim of the study was to determine the variations of the wood properties in relation to stand density at different sampling heights. These properties, considered as determinant for wood quality, are wood density, growth rate, shrinkage, mechanical properties and anatomical structure. Moreover, these anatomical, physical and mechanical properties were studied on the same sample in order to highlight the relations among them.

X-ray densitometry and the WinCell software were used to determine wood density and the anatomical structure, for each growth ring, in order to obtain a radial profile in relation to cambial age. The microfibril angle was measured by the SilviScan technology at CSIRO Forestry and Forest Products Department, Australia, and the mechanical properties were determined by static bending on specimens taken from pith to bark.

The results show a high radial variation of the main wood characteristics from pith to bark where some of them (ring area, maximum ring density, microfibril angle, modulus of elasticity) characterise the juvenile wood to mature wood transition. The results show that most of the significant variation of wood characteristics occurs with sampling height rather than with stand density, these variations being more important in juvenile wood. One observes that stand density has more impact on growth traits than on wood density traits.

The study of the transition age from juvenile wood to mature wood calculated from the radial pattern of ring area and maximum ring density, highlights a significant effect of sampling height. This effect results in a reduction of the juvenile period from 17 to 12 years at the top of the tree. Nevertheless, the juvenile wood volume proportion seems to present little variation with sampling height. The effect of stand density on transition age is not significant but it seems that the proportion of juvenile wood is higher in the high stand density group.

A statistical analysis by a mixed model showed a strong effect of microfibril angle and ring density on mechanical properties but no significant effect of ring width.

Le présent travail a été réalisé sous la direction d’Alain Cloutier, professeur titulaire au Département des sciences du bois et de la forêt de l’Université Laval et sous la co-direction de Tony Zhang, chercheur à Forintek Canada Corp. au Département de fabrication du bois de sciage, ainsi que celle de Jean-Claude Ruel, professeur titulaire au Département des sciences du bois et de la forêt de l’Université Laval.

Une partie des travaux a été effectuée dans les locaux de Forintek où se trouvent un densitomètre aux rayons X et un banc d’essais de flexion. L’autre partie, concernant l’étude anatomique, a été effectuée à l’Université Laval au pavillon Abitibi-Price où l’on dispose, entre autres, d’une chambre de conditionnement, de microtomes et du logiciel WinCell.

Le présent document se compose de trois articles, écrits en anglais, qui constituent les chapitres 3, 4 et 5, et contiennent l’essentiel des résultats de cette étude. Le reste du document présente, en français, la problématique et les objectifs de l’étude, ainsi que la revue de littérature, le matériel de l’étude, les méthodes et d’autres résultats. Le premier article est publié, et les deux autres articles sont soumis. Pour les trois articles, je suis l’auteur principal et les co-auteurs sont Tony Zhang, Alain Cloutier, Jean-Claude Ruel (uniquement pour le premier article) et Chhun-Huor Ung (uniquement pour le troisième article). Mes directeur et co-directeur, Alain Cloutier et Tony Zhang, m’ont apporté une aide importante pour la correction, la validation des résultats et surtout pour la rédaction en anglais de ces trois articles.

Premier article. Influence of stand density on ring width and wood density at different sampling heights in black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P.). J. Alteyrac, S.Y. Zhang, A. Cloutier, J-C. Ruel. Wood and Fiber Science 2005, 37(1) 83-94.

Deuxième article. Characterization of juvenile wood to mature wood transition in black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) at different stand densities and sampling heights. J. Alteyrac, A. Cloutier, S.Y. Zhang. Soumis, Wood Science and Technology

Troisième article. Mechanical properties in relation to selected wood anatomical and ring properties of black spruce. J. Alteyrac, A. Cloutier, C-H Ung, S.Y. Zhang. Soumis, Wood and Fiber Science.

J’aimerais tout d’abord remercier Alain Cloutier, mon directeur, pour plusieurs raisons. En premier lieu, c’est grâce à lui que j’ai eu la chance de venir m’installer temporairement au Canada et de découvrir ce pays. En deuxième lieu, il m’a accordé un financement du début à la fin du projet de doctorat ce qui m’a permis d’aborder ces 6 années d’études sans soucis financiers. Enfin je lui dois beaucoup de reconnaissance pour le temps qu’il a consacré à la correction des trois articles qui constituent cette thèse.

Je remercie aussi Tony Zhang pour ses conseils concernant la rédaction des articles. Il m’a également procuré un espace de travail à Forintek et m’a encouragé à participer à de nombreux congrès et conférences.

Gilles Chauret a été l’un des premiers interlocuteurs dans le cadre de ce projet et il a été un précieux conseiller au début de mes travaux. Je lui suis très reconnaissant pour tout ce qu’il a fait pour moi, le temps qu’il a consacré à m’orienter dans mes recherches, à m’écouter et à m’aider. Je souhaite également rendre hommage à Carole.

Je remercie Jean-Claude Ruel pour les renseignements qu’il m’a donnés concernant le peuplement dont sont issus les arbres échantillons de ce projet et pour ses commentaires et conseils à propos du premier article.

Je remercie Chhun-Huor Ung pour son aide concernant l’analyse statistique et la rédaction du troisième article.

Je remercie sincèrement Roger Hernandez pour sa rapidité lors de la prélecture de ma thèse ainsi que pour la qualité et la pertinence des corrections qu’il a suggérées pour améliorer celle-ci.

Plus généralement, je remercie les professeurs du Département des sciences du bois et de la forêt de l’Université Laval pour leur assistance.

Je remercie aussi tous les techniciens du Département des sciences du bois et de la forêt de l’Université Laval pour leur aide.

Merci aussi aux stagiaires de l’École Supérieure du Bois (Nantes, France) qui sont venus, chaque été, me prêter main-forte au cours de la partie expérimentale du projet.

Je remercie Forintek, personne morale, et le personnel de Forintek (Odile, Marielle, ...) pour leur accueil, leur aide et les cours d’anglais auxquels j’ai pu assister.

Sébastien Meunier et moi avons passé deux longues semaines, quelques kilomètres au sud de Chibougamau (Québec) au milieu de la forêt, sous l’assaut incessant des moustiques et des mouches noires pour récolter les arbres qui constituent le matériel de base de l’étude. Je remercie donc Sébastien de m’avoir accompagné, aidé et encouragé.

Je remercie, au nom des participants à ce projet, les organismes de financement qui ont apporté leur contribution à cette recherche. Il s’agit du CRSNG, du Service Canadien des Forêts et de Forintek Canada Corp.

Un remerciement spécial pour Robert Guy et sa famille. J’ai, grâce à eux, eu l’occasion de visiter le laboratoire de Forintek à Vancouver (BC).

Je remercie cordialement Denis Cossette et Yann Mainville de m’avoir fait visiter les Chantiers Chibougamau où l’épinette noire est utilisée dans les produits à valeur ajoutée.

Je remercie ma petite famille en France pour leur soutien, leur patience et leurs encouragements.

Muchas gracias a Marcia. Je souhaite rendre hommage à celle qui partage ma vie et me donne beaucoup d’amour, d’assurance et de motivation pour franchir les obstacles.

© Jérôme Alteyrac, 2005