Academic literature on the topic 'Épinette blanche – Propriétés mécaniques'

Pour cette étude, trois espèces de la forêt boréale ont été sélectionnées selon leur importance pour l’industrie forestière canadienne. Quinze billes de pin gris ont été récoltées au Lac Saint-Jean (Québec) puis sciées, séchées et testées afin de connaître le module d’élasticité statique (MOEstat) des pièces à 12% de teneur en humidité. Le même processus a été appliqué pour l’épinette noire provenant de la Côte Nord (Québec) et pour une plus grande quantité de billes (92) d’épinette blanche récoltées à la Forêt expérimentale de Petawawa (Ontario). L’objectif de ce travail consiste à déterminer la force des relations, à trois étapes du processus de transformation, entre les vitesses sonores, les modules d’élasticité dynamique (MOEdyn) et les MOEstat mesurés sur les pièces sciées. Des simulations ont aussi permis d’évaluer l’influence de la variation de la teneur en humidité sur la force de la relation entre le MOEstat et le MOEdyn pour les billes. Les résultats montrent que la force de la relation entre le MOEstat et le MOEdyn s’améliore lorsque la variation de la teneur en humidité du bois et la variation de la masse volumique anhydre de la bille sont connues, ce qui indique qu’il est préférable de mesurer directement la masse volumique de la bille lors de l’évaluation du MOEdyn.

Les propriétés de flexion et la stabilité dimensionnelle sont des propriétés déterminantes pour le potentiel d’utilisation du bois dans les structures de bâtiments et les produits à valeur ajoutée. Une connaissance détaillée des patrons de variation des propriétés du bois à l’intérieur de l’arbre est essentielle pour optimiser l’usage de cette ressource renouvelable et développer des produits hautement performants. L’objectif général de cette recherche doctorale était de caractériser et modéliser les patrons de variation des propriétés de flexion et de la stabilité dimensionnelle du bois à l’intérieur de l’arbre en fonction de différents paramètres (l’âge cambial, hauteur dans la tige, largeur des cernes) et en tenant compte de l’historique des peuplements. Cet objectif fut poursuivi au moyen des objectifs spécifiques suivants: décrire le patron de variation des propriétés physico-mécaniques de la moelle vers l’écorce (c.-à-d. en fonction de l’âge cambial) et dans l’axe longitudinal de la tige ; modéliser l’effet du taux de croissance radiale sur les propriétés physico-mécaniques ; modéliser l’effet de la masse volumique basale du bois sur les propriétés physico-mécaniques et examiner les différences entre les deux types de structures de peuplements (régulier et irrégulier). L’étude a porté sur l’épinette noire (Picea mariana [Mill.] B.S.P), une espèce de grande importance commerciale au Canada. Soixante arbres ont été échantillonnés dans 12 peuplements localisés au nord et au sud de la Côte-Nord, 30 arbres dans 6 peuplements de la région de l’Abitibi-Témiscamingue et 42 arbres provenant de la région du Lac-Saint-Jean. Une approche de modélisation statistique a été utilisée pour rapporter les paramètres de résistance à la flexion, de rigidité et de stabilité dimensionnelle à des variables telles que l'âge cambial et le taux de croissance annuel. Les peuplements ont été échantillonnés avec un temps connu depuis le passage du dernier feu, car cela est connu pour influencer la structure du peuplement et la croissance des arbres. Les résultats ont confirmé que l'âge cambial est clairement la source la plus importante de la variation en direction radiale des propriétés du bois, lequel pourrait être utilisé comme variable prédictive. La largeur des cernes annuels a eu une influence additionnelle faible pour expliquer les variations des propriétés mécaniques et celles de stabilité dimensionnelle. Le bois des arbres à croissance plus rapide des peuplements réguliers avait des propriétés mécaniques supérieures, et était moins stable en termes de dimensions. Les arbres à croissance lente issus de peuplements irréguliers pourraient produire du bois final moins dense, ce qui tendrait à diminuer les propriétés
Bending strength, stiffness, and dimensional stability of wood are determining properties fortheir potential use in building structure and added-value products. A detailed knowledge of the variation patterns of the properties inside a tree is essential to optimize the use of this renewable resource and to develop high-performance products. This PhD project’s goal is to characterize and model the variation pattern for bending strength, stiffness, and dimensional stability within the tree as a function of different parameters (radial distance, the height ofthe stem, the ring width) and taking into account the history of the stands. This general objective was pursued by the means of the specific objectives to : 1) describe the variation pattern of the physico-mechanical properties from pith to the bark (i.e. as a function ofcambial age) and in the longitudinal axis of the stem; 2) model the effect of the radial growth rate on the physico-mechanical properties; 3) model the effect of the basic specific densityon the physico-mechanical properties and examine the differences between the two types of stand structures (regular and irregular). The study focused on black spruce (Picea mariana[Mill.] B.S.P.), a species of high commercial importance in Canada. Sixty trees were sampled in twelve stands located north and south of the North Shore region, thirty trees in six standsin Abitibi-Témiscamingue and forty-two trees from Lac Saint-Jean. This study used astatistical modelling approach to relate flexural strength, stiffness and dimensional stability parameters to variables such as cambial age and annual growth rate. The stands were sampled with a known time since the last fire because this is known to influence stand structure and tree growth. The results confirmed that cambial age is clearly the most important source ofradial direction variation in wood properties, which could be used as a predictive variable. The ring width had a small additional influence to explain the variations in mechanical and dimensional stability properties. The fast-growing wood in regular stands had superior mechanical properties and were less dimensionally stable. Slow-growing trees from unevenaged, irregular stands may produce less dense late wood, which would tend to reduce mechanical properties and increase the dimensional stability of the material. Thus, these properties may be affected by the patterns of intra-ring variation in wood density. The effect of stand type on the wood physico-mechanical properties may also be due to the presence of mild compression wood, which can occur in trees of layer origin or in trees subjected togreater or more complex mechanical stimuli. Analyses also indicate that wood density and cambial age measurements can be used to estimate dimensional stability and mechanical properties. In addition, prediction indices have shown that it is preferable to predict dimensional stability from MOE and cambial age measurements rather than opting for the opposite case, i.e., estimating mechanical properties from dimensional stability. These results could have practical implications for decision-making in forest management and wood allocation. The selection of forest stands to produce black spruce wood for either high dimensional stability or high mechanical properties may be an interesting option that emerges from our results. In general, the modelling results were able to clearly characterize the differences between the two types of stand structures. However, further fundamental researchis needed to elucidate the mechanisms of wood formation that are responsible for differences in properties related to the growth environment in these two types of stand, including the internal structure of growth rings and the ultrastructure and chemical composition of the cell wall of wood tracheids, in order to obtain a more complete tool of simulation of wood qualityfor black spruce.

On étudie le comportement mécanique d'une craie blanche très poreuse et on en propose une modélisation. On se limite aux sollicitations statiques et quasi-monotones à pression hydrostatique moyenne et élevée. Les lois de comportement de la craie et les paramètres introduits dans le modèle sont déterminés à partir d'essais de compression isotrope et triaxiale de révolution jusqu'à des pressions de confinement de 50 MPa. Des essais de sollicitations proportionnelles et triaxiales d'extension latérale sont réalisés puis simulés à l'aide du modèle. On utilise un programme de calcul par la méthode des éléments finis pour étudier le comportement de la craie

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.

Les objectifs étaient d’évaluer l’impact de l’origine du peuplement sur la qualité des sciages, le rendement MSR et les propriétés mécaniques du bois d’épinette noire et de décrire la variabilité des propriétés mécaniques et physiques à tous les niveaux de structuration de la variance. Les résultats indiquent qu’un pourcentage semblable des pièces se trouve dans les classes de qualité No.2 ou meilleures dans les peuplements originaires de coupes, mais ce pourcentage est de 20% inférieur au peuplement originaire de feu. Les peuplements originaires de coupes ont un rendement MSR similaire à ceux des peuplements naturels, mais le peuplement issu de coupe partielle a plus de sciages dans les classes MSR inférieures à cause de ses propriétés mécaniques inférieures. Pour les propriétés considérées, la variabilité inter-peuplement est inférieure à la variabilité intra-peuplement. À l’intérieur des peuplements, la variance inter-arbre du MOE et MOR est inférieure à la variance intra-arbre. Les peuplements à structure plus irrégulière, i.e. avec des distributions en DHP plus importantes ont la variation inter-arbre des propriétés mécaniques plus importante que les autres peuplements.
The objectives of this project were to evaluate the effects of stand origin on lumber grade yield, MSR yield and bending properties and to describe the variability of wood mechanical and physical properties at different hierarchical levels in black spruce. The results indicate that a similar percentage of lumber pieces are graded as No.2 and better in logged stands, but this percentage is 20% lower than in burned stand. The MSR grades yield in logged stands is similar to that from natural stands but partial-cut origin stand has less lumber in superior MSR class due to lower bending properties. For all properties studied the between stands variance is much less important than within stand variance. Moreover, inter-tree variance component of MOE and MOR are lower than intra-tree variance. The stands that showed a more important DBH variance and asymmetrical competition present more important inter-tree variance in wood mechanical properties.

Dans un contexte de réduction de la possibilité forestière, les bois morts secs et sains (BMSS) (arbres récemment morts par mortalité isolée ou par trouées) peuvent représenter une occasion intéressante d’augmenter les volumes d’attribution aux industries forestières québécoises. En contrepartie, il importe de tenir compte de la présence de caries du bois dans les approvisionnements, puisqu’elles peuvent engendrer d’importantes pertes à l’usine de sciage. L’objectif principal de ce projet de doctorat était de quantifier et de mesurer l’impact des phénomènes de mortalité et de dégradation des arbres pour le territoire boréal de l’est du Québec. Les volumes de bois carié et de BMSS en fonction du temps écoulé depuis le dernier feu ont été mesurés dans deux chronoséquences après feu. Afin d’identifier les BMSS en forêt, deux systèmes de classification visuelle exprimant l’état de dégradation des tiges ont été utilisés (Hunter 1990 et MRNFQ 2005). Nos résultats ont démontré que le volume de carie à l’échelle du peuplement augmente durant les premiers 150 ans suivant le passage du feu et tend ensuite à se stabiliser. À l’opposé, le volume des BMSS diminue rapidement après le passage du feu pour ensuite augmenter de façon graduelle à partir de 200 ans après feu. L’abattage de 162 épinettes noires (Picea mariana (Mill.) BSP) nous a permis de comparer différentes caractéristiques des sciages de BMSS à ceux provenant d’arbres vivants. Nos résultats indiquent que la valeur monétaire des arbres diminue avec l’avancement de la dégradation des arbres sur pied. Les résultats des tests en flexion longitudinale statique pratiqués sur 343 pièces de bois ont démontré que les sciages issus des BMSS étaient moins résistants à la rupture que ceux provenant d’arbres vivants. La teneur en humidité des copeaux des BMSS était significativement inférieure à celle des copeaux d’arbres vivants, alors que la distribution des dimensions de copeaux était similaire entre les deux types d’arbre. La perte de fibre à l’écorçage était significativement plus élevée chez les arbres dont l’état de dégradation était plus avancé. De manière générale, nos résultats indiquent que les vieilles forêts boréales de l’Est du Québec contiennent une large proportion de BMSS qui peuvent représenter une source adéquate d’approvisionnement en autant qu’elles demeurent à un stade de dégradation peu avancée.
In a context of decreasing annual allowable cut, the use of dead and sound wood (DSW) trees (trees that have recently died through isolated mortality or group mortality) may represent an interesting opportunity to increase the volumes supplied to the Quebec forest industries. Conversely, it is important to account for the presence of wood decay in wood supplies, as it may cause significant losses at the sawmill. The main objective of this project was to quantify and measure the impact of the processes of tree mortality and degradation in the Eastern boreal area of Quebec. Decay and DSW volumes were measured in two chronosequences of time since fire. In order to identify DSW trees in the forest, two systems of visual classification based on tree degradation were used (Hunter 1990 et MRNFQ 2005). Our results showed that wood decay volume measured at the stand level increased during the first 150 years following fire and then stabilized. The volume of DSW showed the opposite trend, with a rapid decrease after fire and followed by a gradual increase from 200 years after fire. The felling of 162 black spruce trees (Picea mariana (Mill.) BSP) allowed us to compare different characteristics of DSW with those of live trees according to a sawmill study. Our results indicated that the monetary value of trees decreased with increasing state of tree degradation. Results from bending tests performed on 343 pieces showed that lumber pieces from DSW trees are less resistant to rupture than live trees. The moisture contents of wood chips from DSW were significantly lower than those of live trees, while chips size distributions were similar between the two types of wood. The loss of wood fiber at the debarking stage was significantly higher in trees with a more advanced state of tree degradation. In general, our results showed that the old-growth forests of the Eastern boreal forest of Quebec contain a significant proportion of DSW trees, which may represent an adequate source of wood supply if they remain at an early stage of degradation.