Dans la continuité des projets du programme d'amélioration génétique de l'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss.), l'utilisation de la variabilité génétique familiale pourrait améliorer l'enracinement des boutures. Des boutures d'épinette blanche, provenant de 75 familles unifamiliales, ont été produites et les échantillonnages, couvrant la phase d'enracinement (B+0) et deux saisons de croissance (B+l, B+2), ont permis d'évaluer les variables de croissance, d'architecture du système racinaire, les échanges gazeux et le statut nutritionnel. L'estimation des paramètres génétiques a montré que l'enracinement des boutures est sous contrôle génétique, notamment par des valeurs élevées d'héritabilités individuelle et familiale de la masse racinaire durant ces phases de croissance. Les corrélations génétiques mettent en perspective la relation entre la masse racinaire et le diamètre ou la hauteur. La variabilité génétique familiale d'enracinement est suffisamment importante pour inclure une sélection des pieds-mères utilisés aux fins du bouturage et ainsi améliorer l'enracinement chez l'épinette blanche.

Au Québec, chaque année, des millions de plants forestiers produits en récipient sont rejetés à cause de leur système racinaire déficient. Afin de vérifier l'effet du substrat sur cette problématique, le premier objectif était de caractériser les propriétés physiques et chimiques des substrats utilisés par huit pépinières forestières. La masse volumique apparente (MVA), la granulométrie des particules, la teneur en air (thêtaa), la conductivité hydraulique saturée (Ks), le coefficient d'efficacité des pores (γ) et un indice de diffusivité relative des gaz (DsD₀⁻¹) ont été mesurés. Le pH, la conductivité électrique (CE), et la capacité d'échange cationique effective (CECeff) des substrats, ainsi que leurs contenus en éléments nutritifs (N-NH₄, N-NO₂₋₃, P, K, Ca, Mg) ont été mesurés. De plus, les variables de croissance des plants ont été évaluées après une saison de croissance. Les pépinières ont présenté d'importantes variations au niveau de la croissance des plants et des propriétés du substrat. Thêtaa et Ks mesurées à la fin de la saison de croissance étaient corrélées négativement avec (i) la masse sèche de la partie aérienne des plants et (ii) le diamètre au collet. La MVA était toutefois corrélée positivement avec la masse racinaire. L'aération des substrats n'a pas limité la croissance des plants malgré des valeurs de DsD₀⁻¹ faibles pour certains substrats (<0.005). Le second objectif visait à vérifier, au cours de deux années de production (2008 et 2009), les effets des propriétés physiques et chimiques sur la croissance et le développement des plants d'épinette blanche (1+0) cultivés dans plusieurs substrats composés de tourbe grossière et fine (<0.5 mm), de perlite et de vermiculite. Les substrats ont affecté les variables de croissance. En 2008, l'augmentation de la porosité d'air (thêtaa) a eu un effet négatif sur la croissance alors qu'en 2009, la croissance était affectée par une réduction du coefficient d'efficacité des pores (γ) dans les substrats. Selon les résultats de cette étude, la valeur optimale de DsD₀⁻¹ recommandée pour la culture de l'épinette blanche en récipient serait comprise entre 0.003 et 0.016 et thêtaa située entre 0.07 et 0.14 cm³ cm⁻³.

L'objectif de cette étude est de mettre au point un modèle mathématique reliant la hauteur dominante et l'âge des peuplements dominés par l'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) au Québec, ce qui inclut les pessières irrégulières. Ce modèle, qui tient compte de la structure diamétrale du peuplement, a été étalonné à partir des données provenant des inventaires du réseau de placettes échantillons permanentes, recueillies entre 1970 et 2003 dans la province de Québec. Plusieurs indices de régularité ont été testés selon l'approche méthodologique de Raulier et al. (2003). Le modèle hauteur-âge utilisant l'indice de Shannon comme indice de régularité s'est avéré le plus performant pour prédire la hauteur dominante de l'épinette noire. Pour un âge donné, le modèle prédit une hauteur dominante plus élevée dans le cas des peuplements irréguliers que dans celui des peuplements réguliers. Par ailleurs, l'asymptote de hauteur dominante des peuplements irréguliers est atteinte beaucoup plus tard que dans le cas des peuplements réguliers. Ces effets sont plus marqués pour les stations caractérisées par une forte valeur d'indice de qualité de station. Cette différence est probablement liée au comportement adopté par les arbres des peuplements irréguliers qui, au stade juvénile, auraient subi une période d'oppression. Une fois que ces arbres sont dominants, ils adoptent une croissance en hauteur semblable à celle des arbres plus jeunes. Finalement, l'équation hauteur-âge ainsi mise au point est indépendante de l'âge de référence, ce qui permet la prédiction de la hauteur dominante à n'importe quel âge désiré si la hauteur dominante à un autre âge est connue.

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.

L'objectif de cette recherche était d'améliorer le rabotage de deux bois très utilisés au Québec, l'érable à sucre et l'épinette noire. L'étude d'outils de coupe hélicoïdaux à angles d'hélice élevés a été décidée comme axe d'amélioration. Ainsi, 3 outils hélicoïdaux (angle d'hélice de 40˚, 50˚ et 60˚) et un outil droit (témoin) ont été fabriqués et montés tour à tour sur une CNC 5 axes. Chacun de ces outils a été utilisé à trois vitesses d'avance par couteau (FK). Les efforts de coupe, le niveau sonore et la consommation de puissance étaient alors mesurés. La qualité de surface des planches usinées a ensuite été évaluée. Pour l'érable à sucre, les efforts de coupe et le son produit augmentaient avec l'augmentation de FK pour les quatre outils de coupe. Les outils hélicoïdaux ont produit moins d'efforts de coupe parallèles (F[indice]P), normaux positifs et négatifs (F[indice]NP et F[indice]NN) et résultants (F[indice]R) que ceux de l'outil témoin. Les efforts F[indice]P et F[indice]R avaient tendance à diminuer quand l'angle d'hélice augmentait. Seul les efforts latéraux (F[indice]L) avaient tendance à augmenter avec des outils à angle d'hélice importants. Ces mêmes outils ont requis moins de puissance à faible FK, et le plus gros avantage provenait du niveau sonore, étant plus faible avec les angles d'hélice les plus élevés. Parmi ces paramètres, peu de différences significatives ont été trouvées entre les outils à 50˚ et 60˚. Pour l'épinette noire, augmenter FK augmentait le son et les efforts F[indice]P, F[indice]L et F[indice]R. Comme pour l'érable à sucre, les outils hélicoïdaux ont requis moins de F[indice]P, F[indice]NP, F[indice]NN et F[indice]R que l'outil témoin. Aussi, F[indice]P et F[indice]R avaient tendance à diminuer quand l'angle d'hélice augmentait, seulement à la plus grande FK. Augmenter l'angle d'hélice avait tendance à augmenter F[indice]L. Cependant, l'outil témoin produisait des efforts de coupe latéraux importants, similaires à ceux de l'outil à faible angle d'hélice (40˚). Par ailleurs, les paramètres de rugosité R[indice]k et R[indice]pk ont montré la meilleure précision pour évaluer la rugosité et la perception tactile des surfaces rabotées des deux essences. La rugosité augmentait au fur et à mesure que l'angle d'hélice et FK augmentaient. Les surfaces rabotées avec les outils hélicoïdaux présentaient une texture pelucheuse. Pour l'érable à sucre, les différences entre l'outil droit et celui à 40˚ étaient faibles. La rugosité des planches d'épinette noire avait tendance à augmenter avec l'augmentation de l'angle d'hélice, et cet effet dépendait de FK. L'outil droit a produit la rugosité la plus faible, à chaque FK. Les outils hélicoïdaux ont produit la plus grande rugosité, résultante d'une grande fibrillation. Ces défauts étaient plus prononcés que ceux obtenus avec l'érable à sucre, et encore plus présents avec les couteaux à 50˚ et 60˚, à FK moyen et élevé (2,9 et 4,7 mm respectivement). Le rabotage pourra donc être amélioré en travaillant à moyen FK (2,9 mm) pour optimiser la productivité, ou à faible FK (1,3 mm) pour minimiser la rugosité de surface. En usinage de l'érable à sucre, un outil à angle d'hélice de 50˚ est recommandé pour diminuer les efforts de coupe et le son. Un outil de 40˚ est à privilégier, si la qualité de surface est un critère important. Pour l'épinette noire, en première transformation, un angle d'hélice de 50˚ est envisageable. Les surfaces obtenues seront cependant très pelucheuses. Un outil à angle d'hélice de 40˚ est alors un bon compromis pour une meilleure qualité de surface, si besoin. Pour fins de finition, un couteau droit est préférable pour raboter l'épinette noire. / The main objective of this research was to improve the planing of two wood species widely used in Quebec, sugar maple and black spruce. The study of helical cutting tools with high helix angles was decided for this purpose. Thus, three helical tools (helix angle of 40˚, 50˚ and 60˚) and a straight one (control) were manufactured and mounted on a 5-axis CNC. For each tool, the variations in cutting forces, sound level and power consumption for three feeds per knife (FK) were acquired. Finally, the surface quality of machined boards was evaluated. For sugar maple wood, all cutting forces and sound level produced by planing increased as FK increased for all cutting tools. The helical tools produced lower parallel (F[subscript]P), normal positive and negative (F[subscript]NP and F[subscript]NN), and resultant (F[subscript]R) cutting forces than the control tool. F[subscript]P and F[subscript]R tended to decrease as the helix angle increased. Only lateral forces (F[subscript]L) tended to increase with the increase in helix angle. Tools with high helix angles required lower power at low FK, However, the main advantage of these tools was the great reduction of the noise level compared to the straight tool. Among these parameters, few significant differences were found between the 50˚and 60˚ tools. For black spruce wood, sound level, F[subscript]P, F[subscript]L, and F[subscript]R increased as FK increased. As with sugar maple, the helical tools produced lower F[subscript]P, F[subscript]NP, F[subscript]NN and F[subscript]R than the control tool. Also, F[subscript]P and F[subscript]R tended to decrease as the helix angle increased, for the highest FK. Increasing the helix angle tended to increase F[subscript]L. However, the control tool produced high lateral cutting forces, similar to that produced by the low helix angle(40˚) tool. In addition, the roughness parameters R[subscript]K and R[subscript]PK showed the best precision for evaluating the roughness and the tactile perception of the planed surfaces of the two species. The roughness increased as the helix angle and FK increased. Surfaces planed with the helical tools showed a fuzzy texture. For sugar maple, the differences between the straight tool and the 40˚ tool were small. The roughness of black spruce boards tended to increase with increasing helix angle, and this effect depended on FK. The straight tool produced the lowest roughness at each FK. The helical tools produced the highest roughness, resulting in high fibrillation. These defects were more pronounced than those obtained with sugar maple, and even more present with the tools at 50˚ and 60˚, at medium and high FK (2.9 and 4.7 mm respectively). Planing can therefore be improved by working at medium FK (2.9 mm) to optimize productivity, or at low FK (1.3 mm) to minimize surface roughness. When machining sugar maple, a 50˚ helix angle tool is recommended to reduce cutting forces and sound level. A 40˚ tool is to be preferred if the surface quality is an important criterion. For black spruce wood, in primary processing, a helix angle of 50˚ is possible. The surfaces obtained will be however very fuzzy. A 40˚ helix angle tool could be a good compromise for better surface quality. For finishing purposes, a straight knife appears as a better option for planing black spruce wood.

Titre de l'écran-titre (visionné le 7 août 2023) / Le bois est un matériau d'origine naturelle, renouvelable et largement utilisé dans l'industrie de la construction et de la fabrication de meubles. Toutefois, seulement une fraction des troncs d'arbres est utilisée pour le bois d'œuvre ce qui entraîne un gaspillage important de cette ressource. Ainsi, ce projet vise à revaloriser les sous-produits de l'industrie du bois en utilisant cette ressource pour synthétiser des fibres de carbone (FC). La FC est connue comme étant une des fibres les plus résistantes au monde tout en étant extrêmement légère. Ainsi, cette fibre est très utilisée dans le renfort des matériaux. Cependant, la FC est actuellement synthétisée à partir d'une molécule issue du pétrole, ce qui pose non seulement un problème écologique, mais aussi économique car ceci la rend onéreuse. L'objectif général de cette thèse est donc d'utiliser la lignine isolée par le procédé Organosolv catalysé au chlorure de fer III (FeCl₃) du bois d'épinette noire afin de la transformer en fibre de carbone. Pour cela, trois axes de recherche ont été définis afin d'isoler, de filer et de carboniser la lignine Organosolv de l'épinette noire. Dans un premier temps, la méthode d'isolement par le procédé Organosolv catalytisé au FeCl₃ a été sélectionnée et optimisée pour isoler la lignine du bois de l'épinette noire (Picea mariana). Ce procédé a permis d'isoler une lignine pure, peu dégradée et sans soufre. Actuellement, les procédés Organosolv sont principalement utilisés pour isoler la lignine à partir du bois de feuillus. Afin d'augmenter la ressource disponible, nous avons adapté ce procédé à base d'éthanol et d'eau à une essence de résineux (l'épinette noire) et avons obtenu une lignine de très haute pureté (supérieure à 97 %) et peu dégradée avec un rendement supérieur à 70 %. Après une caractérisation complète, la lignine a été transformée en fibre via l'électrofilage à partir d'une solution en DMF concentrée à 57 %m en lignine qui permet d'obtenir des fibres avec un diamètre nanométrique. Les nombreux paramètres étant difficile à maîtriser, l'optimisation de ce procédé fut l'objet du second axe de recherche. Les résultats ont montré non seulement la faisabilité de l'électrofilage de lignine Organosolv de résineux sans ajout de polymère, mais également que l'ajout de 2 %m FeCl₃ dans la solution de lignine-DMF permettait de diminuer le diamètre minimum des fibres de 400 à 200 nm, ainsi que d'augmenter le rendement de la production par l'augmentation du débit de 0,4 à 0,7 mL/h. Enfin, le troisième axe a porté sur la stabilisation des fibres avec et sans FeCl₃. Il a été démontré que l'ajout de 2 %m de FeCl₃ permettait d'améliorer les propriétés thermiques des fibres de lignine lors de la stabilisation. Les fibres stabilisées ont ensuite été carbonisées pour l'obtention de fibres de carbone (FC). La synthèse de fibres de carbone à partir de lignine Organosolv pure de résineux n'avait jamais été réalisée dans la littérature jusqu'à présent. D'après les résultats, la carbonisation à une vitesse de chauffe de 10 °C/min permet d'éviter la pyrolyse des fibres, tandis que l'ajout de FeCl₃ génère une porosité aux fibres. Cette observation est intéressante car cela signifie que le FeCl₃ permet d'augmenter drastiquement la surface d'échange des fibres. La pureté et la faible dégradation de la lignine obtenue, le faible diamètre des fibres ainsi que l'ajout du FeCl₃ pour les traitements thermiques ont été les trois conditions mises en avant pour l'obtention de la FC à partir de la lignine Organosolv du bois d'épinette noire, avec des propriétés améliorées par rapport à celles rapportées jusqu'à maintenant dans la littérature avec d'autres conditions. Les résultats de cette thèse ont permis de mettre en évidence la versatilité du procédé Organosolv catalysé au FeCl₃ en permettant d'isoler une lignine de haute pureté et à un rendement élevé à partir de copeaux issus d'un bois résineux. Les résultats obtenus dans cette recherche ont aussi montré la faisabilité de l'électrofilage de la lignine de résineux sans ajout de polymère, ce qui n'avait jamais été rapporté jusqu'à présent. Enfin, ce projet ouvre la voie à de nouvelles recherches concernant l'usage de FeCl₃ pour l'électrofilage de la lignine, ainsi que pour la stabilisation et la carbonisation des fibres de lignine dans le processus de fabrication des fibres de carbone. / Wood is a natural and renewable material. It is used extensively for construction and furniture for example. However, only a fraction of the tree trunks is used for lumber, and this represents a waste of this resource. Thus, this project aims to valorise the by-products of the wood industry, using this resource to synthesize carbon fiber (CF). CF is known as one of the strongest and lightest fibers in the world. Thus, CF is widely used in the reinforcement of materials. However, CF is currently synthesized from a petroleum derived molecule which poses not only an ecological problem, but also an economical one because it is very expensive. The general objective of this thesis is to use the lignin extracted by the Organosolv process catalyzed by iron III chloride (FeCl₃) from black spruce to transform it into carbon fiber. To this end, three research axes have been defined to isolate, spin and carbonize the Organosolv lignin from black spruce. First, an extraction method (Organosolv process) was selected and optimized to isolate the lignin from the wood of black spruce (Picea mariana). This process allows to isolate pure lignin with low degradation without sulfur. Currently, this process is mainly used to isolate lignin from hardwoods. In order to increase the available resource, we have adapted this ethanol and water-based process to a softwood species (black spruce) and obtained a very high purity lignin (higher than 97 %) and low degradation with a yield higher than 70 %. After a complete characterization, the lignin was transformed into fiber via electrospinning which allows to obtain fibers with a nanometric diameter. The numerous parameters being difficult to control, the optimization of this process was the object of the second research axis. The results showed not only the feasibility of electrospinning softwood lignin without polymer addition, but also that the addition of 2 wt. % FeCl₃ in the lignin-DMF solution allowed to decrease the minimum fibers diameter from 400 to 200 nm, as well as to increase the production yield by increasing the flow rate from 0.4 to 0.7 mL/h. Finally, the third axis focused on the stabilization of the fibers with and without FeCl₃ and showed that FeCl₃ improved the thermal properties of lignin fibers during stabilization. The stabilized fibers were then carbonized to obtain carbon fibers. The synthesis of carbon fibers from pure Organosolv lignin of softwoods had never been reported previously in the literature until now. According to the results, carbonization at the rate of 10 °C/min avoids pyrolysis of the fibers, while the addition of FeCl₃ creates porosity in the fibers. This observation is interesting because it means that FeCl₃ drastically increases the exchange surface of the fibers. The purity and low degradation of the obtained lignin, the small diameter of the fibers, as well as the addition of FeCl₃ for the thermal treatments were the three conditions put forward to obtain biosourced CF with properties higher than those obtained until now in the literature with different conditions. The results of this thesis highlighted the versatility of the FeCl₃-catalyzed Organosolv process in isolating high purity lignin and high yield from softwood chips. The results also showed the feasibility of electrospinning the organosolv softwood lignin without polymer addition, which had never been reported before. Finally, this project opens the way for further research on the use of FeCl₃ for lignin electrospinning as well as for the stabilization and carbonization of lignin fibers in the carbon fiber manufacturing process.

L'étude des relations allométriques est depuis longtemps un élément important de la biologie, et ce, pour différentes raisons allant de la prédiction de la taille et du poids d'un individu à l'explication des processus physiologiques qui gouvernent sa croissance. Cette étude compare les relations allométriques qui unissent les différentes parties de la biomasse aérienne de deux espèces phylogénétiquement proches, l'épinette noire et l'épinette blanche. L'étude des relations allométriques des deux espèces d'épinettes a permis de mieux comprendre comment les caractéristiques écologiques du milieu dans lequel croissent les individus affectent leur développement morphologique et comment les traits fonctionnels propres à chaque espèce se reflètent dans leurs relations allométriques. Les résultats permettront de mieux caractériser la distribution de la biomasse aérienne de l'épinette blanche et de l'épinette noire et éventuellement d'utiliser ces relations dans des modèles de croissance à bases fonctionnelles. Ceci permettra de mieux comprendre la croissance et le développement de ces deux espèces écologiquement et économiquement importantes. La thèse porte spécifiquement sur les relations allométriques entre les différentes parties de la cime vivante de l'épinette noire et de l'épinette blanche et sur la biomasse foliaire et sa distribution dans la cime vivante. La thèse porte également sur la relation entre la biomasse foliaire et la superficie d'aubier de l'arbre. L'hypothèse principale soutenant ce travail de recherche est que des différences entre les traits fonctionnels des espèces permettront d'expliquer les différences de relations allométriques et l'influence des conditions de croissance sur ces relations. Afin de répondre à ces questions, un échantillonnage destructif d'épinettes noires et d'épinettes blanches a été effectué sur quatre sites en Alberta, en Ontario et au Québec. La mesure du diamètre des branches vivantes de même que leur positionnement à l'intérieur de la cime vivante a permis de reconstruire la cime vivante des arbres et d'en estimer la longueur et le profile. Un échantillonnage de feuillage a également été réalisé afin d'estimer la biomasse foliaire de l'arbre et sa distribution verticale dans la cime vivante. Finalement, des sections de tiges ont été échantillonnées le long du tronc afin d'estimer la superficie d'aubier à plusieurs endroits de l'arbre. Des régressions linéaires et non linéaires mixtes ont été utilisées afin de paramétrer les relations allométriques. L'étude a permis de constater que la longueur de la cime vivante de l'épinette noire et de l'épinette blanche ne différait pas lorsque les dimensions des arbres et les conditions de croissance étaient prises en compte. Par contre, le profil des deux espèces s'est avéré différent. L'épinette blanche montre une cime plus large dont le profil est plus sensible à la compétition exercée par les autres arbres du peuplement. De plus, l'indice de qualité de station a un effet différent chez les deux espèces laissant supposer une différence en termes d'allocation des ressources. Des différences ont également été remarquées quant à la biomasse foliaire des deux espèces. En présence de conditions de croissance similaires, l'épinette noire supporte une plus grande quantité de feuillage que l'épinette blanche. De plus, l'épinette noire montre une plus grande densité de feuillage. Cette différence pourrait être reliée à la plus grande tolérance à l'ombre de l'épinette noire. Pour les deux espèces, la distribution verticale du feuillage a varié de façon similaire en fonction de l'âge et de la vitesse de croissance en hauteur. La relation allométrique entre la biomasse foliaire et la superficie d'aubier s'est avérée différente entre les deux espèces. L'épinette noire maintient une plus grande quantité de feuillage par surface d'aubier que l'épinette blanche. Cette différence pourrait être reliée à un besoin en eau diminué pour le feuillage de l'épinette noire compte tenu de sa plus faible productivité. La thèse permet de révéler des différences entre les relations allométriques de l'épinette noire et de l'épinette blanche et des différences concernant l'influence des conditions de croissance sur celles-ci. Ces différences laissent supposer que les stratégies d'investissement des ressources et que la relation face à la compétition diffère entre les deux espèces. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cime vivante, Biomasse foliaire, Modèle tubulaire

Le déclin graduel de l'abondance de bois mort sur les parterres de coupes au cours du dernier siècle aurait possiblement réduit la capacité de Picea glauca à se régénérer d'elle-même dans la sapinière boréale. L'enrichissement combiné à une préparation de terrain est considéré comme une approche sylvicole pouvant augmenter le stocking de P. glauca. Notre dispositif comportait 12 blocs complets en tiroirs divisés. Des plants de P. glauca et P. mariana ont été mis en terre dans trois types de microsites: i) mise en terre dans l'humus; ii) mise en terre dans le sol minéral avec perturbation minimale de l'humus ; et iii) mise en terre dans un microsite préparé mécaniquement à l'aide d'une taupe forestière. Nos résultats suggèrent que P. glauca peut s'établir avec succès dans un enrichissement en sapinière boréale, sans avoir recours à la préparation de terrain.

Les arbustes éricacées sont réputés pour nuire à la croissance de l’épinette noire (Picea mariana (Mill.) [B.S.P.]) par une forte compétition pour les ressources. L’ouverture de la voûte forestière par la coupe peut intensifier cette compétition et mener à l’envahissement des plantes éricacées. L’objectif de ce projet de recherche était d’expliquer, par l’évaluation de la réponse des traits fonctionnels, le potentiel d’envahissement des éricacées et la stagnation de la croissance de la régénération naturelle d’épinette noire après coupe dans le domaine de la pessière noire à mousses de l’est. Le premier volet de la thèse démontre que le thé du Labrador (Rhododendron groenlandicum [Oeder] Kron &amp; Judd) s’acclimate rapidement à l’augmentation de lumière causée par la coupe, spécialement dans les coupes les plus intenses, par des modifications physiolgiques. De son côté, les traits morphologiques de l’épinette noire n’ont pas répondu au changement d’environement créé par la coupe, indicant soit une absence ou un délai d’acclimatation. La deuxième expérience terrain a permis de constater que la photosynthèse de l’épinette noire était influencée négativement par la présence des plantes éricacées sur le parterre de coupe, et ce, peu importe la qualité de la station étudiée. Cette réduction du taux de photosynthèse serait attribuable à la plus faible disponibilité en azote minéral dans les parcelles témoin résultant d’une forte compétition souterraine des plantes éricacées pour les ressources nutritives du sol. Une troisième expérience en serre a démontré que la masse foliaire par unité de surface (LMA) du Rhododendron et du Kalmia a diminué avec l’ombrage. L’épinette noire a montré une taux d’absorption et un taux d’absorption spécifique supérieurs à des niveaux d’azote plus élevés comparativement aux éricacées. La plasiticité envers la lumière fut supérieure pour le Kalmia (sauf pour la LMA) et celle envers l’addition d’azote fut supérieure pour le Rhododendron et l’épinette suggérant que la plasticité des traits est en accord avec le statut successionnel des espèces. / Ericaceous shrubs are known to impair black spruce (Picea mariana (Mill.) [B.S.P.]) growth by creating a strong competition for below and aboveground resources. Opening of the forest canopy with harvest can intensify this competition and lead to enroachment of ericaceous shrub. Our objective was to explain, through evaluation response of functional traits, ericaceous potential enroachment after logging and stagnant growth of black spruce advance regeneration in the Quebec’s eastern black spruce-feathermoss sub-domain. The first chapter demonstrated the rapid acclimation of bog Labrador tea (Rhododendron groenlandicum [Oeder] Kron &amp; Judd) to higher light availability created by logging, especially in the more intense treatements, through a modification of both physiological leaf traits. On the other hand, black spruce leaf traits did not respond to changes in environement associated with logging; this may indicate either an absence or a delay in acclimation. In a second field experiment, black spruce photosynthetic rate was negatively influenced by ericaceous shrub presence on the cutting area, regardless of the site fertility quality. The lower photosynthesis rate of black spruce, when associated with ericaceous shrubs, could be resulting of a lower mineral soil nitrogen availability created by a greater belowground competition for ressources form the ericaceous shrubs. A third experiment under greenhouse conditions showed that Rhododendron and Kalmia leaf mass per unit of area (LMA) was reduced by shading, but was similar for black spruce. There were few differences in trait response to N addition among species. Black spruce showed higher absorption rate and specific absorption rate at higher N levels, compared to the two ericads. Plasticity to light was higher for Kalmia (except for LMA) and plasticity for nitrogen addition was higher for Rhododendron black spruce suggesting that trait plasticity is in accordance with successional status of these species.

Au cours des dernières décennies, l'approvisionnement en bois des forêts naturelles a considérablement diminué, tandis que la production des forêts de plantation a augmenté régulièrement dans le monde entier. Au Canada, la concurrence s'est accrue sur les plantations de conifères à croissance rapide, tout en causant une diminution du bois de haute qualité. Par conséquent, une connaissance approfondie des facteurs tels que les caractéristiques importantes du bois et leurs aspects génétiques affectant les propriétés du bois peut nous conduire à produire du bois de haute qualité requis par différentes industries du bois. Les principaux objectifs de cette recherche sont (i) d'estimer le phénotype quantitatif et les paramètres génétiques sur les traits de croissance du bois et les propriétés de flexion, tels que l'héritabilité génétique, les corrélations et le gain pour l'épinette blanche, (ii) de modéliser la variation radiale des propriétés de flexion de petits échantillons clairs, (iii) de mesurer l'efficacité de la prédiction des outils de vitesse acoustique sur le module d'élasticité. Pour les fins de cette recherche, des carottes de bois et des échantillons de bois massif ont été prélevés sur 289 arbres provenant de 38 familles poly-croisées d'un test provenance-descendance répété sur deux sites (Valcartier et Normandin) de la province de Québec. À l'aide du système SilviScan™, des profils moelle à écorce à haute résolution ont été obtenus (à partir de carottes de bois, ce qui a permis d'extraire un certain nombre de caractéristiques du bois différentes telles que la densité, l'angle des microfibrilles) et la largeur des cernes. Alors que la rigidité et la résistance à la flexion (c'est-à-dire MOE et MOR) ont été estimées sur la base d'échantillons de bois massif. La hauteur de l'arbre, le diamètre à hauteur de poitrine (DHP) et la vitesse acoustique ont également été obtenus sur l'arbre sur pied. Dans le premier chapitre, nous avons mis en évidence les estimations d'héritabilité modérée à élevée pour la rigidité et la résistance à la flexion, la hauteur, le DBH et la densité du bois. Le MOE s'est révélé avoir le gain génétique le plus élevé que tous les autres caractères. De plus, selon les scénarios de sélection multi-caractères, la sélection des propriétés de flexion du bois au moyen de la vitesse acoustique et de la densité du bois était la méthode efficace qui peut être combinée dans les programmes opérationnels de sélection de l'épinette blanche pour améliorer simultanément les gains génétiques pour la croissance et les propriétés de flexion du bois. Dans le deuxième chapitre, nous avons développé des modèles décrivant la variation moelle-écorce de MOE et MOR mesurés sur de petits échantillons sans défauts obtenus à partir des mêmes deux essais de descendance d'épinette blanche de 38 familles poly-croisées. Dans un premier temps, les effets de l'âge cambial et de la largeur des cernes annuels sur le MOE et le MOR ont été modélisés. Ensuite, la variation génétique et l'héritabilité des résidus de notre modèle de prédiction des propriétés de flexion ont été quantifiées. Les résultats confirment l'effet de détérioration du bois juvénile sur le MOE et le MOR, tandis qu'une valeur élevée et plus stable des propriétés de flexion sera atteinte après l'âge cambial de 15 ans. De plus, l'effet du nombre d'anneaux par échantillon a révélé qu'un nombre élevé d'anneaux par centimètre cube introduit une valeur élevée du MOE et en particulier du MOR. L'héritabilité du MOE et du MOR était modérée à élevée pour le site Normandin, alors qu'une faible héritabilité a été estimée pour le site Valcartier. La performance du modèle développé pour le MOE était prometteuse, tandis que le modèle MOR était moins intéressant, particulièrement au site Normandin qui pourrait s'expliquer par le fait qu'un petit échantillon sans défaut qui pourrait ne pas être suffisamment représentatif de la résistance de l'arbre sur pied. Dans l'ensemble, le modèle a confirmé un effet des variables d'arbre et de site sur les deux propriétés de flexion. Enfin, dans le troisième chapitre, nous avons étudié l'efficacité de la vitesse acoustique pour prédire le MOE moyen au niveau individuel et familial. Nous avons également étudié l'effet du site de plantation pour savoir si cet effet était significatif. D'après les résultats, des corrélations modérées (R2 = 0,34 à 0,42) et fortes (R2 = 0,57 à 0,60) entre MOEdGD, MOEdRH et le MOE statique (MOEs), respectivement au niveau individuel et familial, ont été obtenues au site de plantation Normandin. Il a été révélé que MOEdRH permet une meilleure prédiction de la rigidité dans les deux sites. De plus, la matrice de corrélation de Pearson a également confirmé une forte corrélation dans le site de plantation Normandin entre les MOE et MOEdRH, r = 0,65 et r = 0,77 estimés en fonction du niveau individuel et familial, respectivement, à un intervalle de confiance de 95. La recherche actuelle aidera à mettre en œuvre efficacement les caractéristiques de qualité du bois dans les programmes de sélection des arbres et à aider les sélectionneurs à produire à l'avenir des produits à valeur ajoutée de haute qualité à partir du bois d'épinette blanche cultivé en plantation. / In recent decades, wood supply from natural forests has declined considerably, while the production from plantation forests has increased steadily worldwide. In Canada, however, intensive forestry plantations for fast-growing conifers, lead to a decrease in high-quality lumber. Consequently, deep knowledge is needed to understand wood traits influencing lumber quality, and the genetic control of those wood traits for selection and breeding in order to produce high-quality timber from future plantations. The main objectives of this research are to (i) estimate requisite genetic parameters, such as genetic heritability, correlations, and gain, (ii) profile the flexural properties based on the radial variation on small clear samples, (iii) prediction efficiency of acoustic velocity tools on the modulus of elasticity. For the purpose of this research, wood cores and solid wood samples were collected from 289 trees originating from 38 poly-cross families of a provenance-progeny test repeated on 2 sites (Valcartier and Normandin) in the province of Québec. Using the SilviScan™ system, high-resolution pith-to-bark profiles were obtained from increment cores, from which wood density, microfibril angles (MFA), and ring width were measured. Tree height, diameter at breast height (DBH), and acoustic velocity were also obtained on the standing tree. Finally, flexural stiffness and strength (i.e. MOE and MOR) were estimated based on solid wood samples. In the first chapter, we have highlighted moderate to high heritability estimates for flexural stiffness and strength, height, DBH, and wood density. MOE was revealed to have the highest genetic gain. Further, according to multi-trait selection scenarios, selection for wood flexural properties by means of acoustic velocity and wood density was an efficient method that can be combined in operational white spruce breeding programs to improve simultaneously genetic gains for growth and wood flexural properties. In the second chapter, we developed models describing the pith-to-bark variation of MOE and MOR measured on small defect-free samples obtained from the same two white spruce progeny trials of 38 poly-cross families. In the first step, the effects of cambial age and annual ring width on MOE and MOR were modeled. Then, the genetic variation and heritability of the residuals of our prediction model for flexural properties were quantified. The results confirm the deteriorating effect of juvenile wood on MOE and MOR, while the high and more stable value of flexural properties will be achieved after the cambial age of 15. Furthermore, the effect of ring number per sample revealed a high number of rings per centimeter cube introducing a high value of MOE and especially on MOR. The heritability of MOE and MOR were moderate to high for site Normandin, while low heritability was estimated for site Valcartier. The model performance developed on MOE was promising, while the MOR model was less interesting, especially at site Normandin which could be explained by the use of a small defect-free sample that may not be sufficiently representative of the standing tree strength. Overall, the model confirmed an effect of both tree and site variables on both flexural properties. Finally, in the third chapter, we investigated the efficiency of acoustic velocity to predict the mean individual and family-level MOE. We also investigated the plantation site effect to understand if there is any significant effect. According to the results, moderate correlations (R² = 0.34 to 0.42) and strong correlations (R² = 0.57 to 0.60) between (MOE[subscript dGD]), (MOE[subscript dRH]) and static MOE (MOEₛ), based on individual and family level, respectively, were obtained at plantation site Normandin. It was revealed that (MOE[subscript dRH]) allows a better prediction of stiffness in both sites. Further, the Pearson correlation matrix also confirmed a strong correlation in plantation site Normandin between MOEs and MOE[subscript dRH], r= 0.65 and r=0.77 estimated based on individual and family level, respectively, at 95% confidence interval. The current research will help to effectively implement wood quality traits into tree breeding programs and to assist the breeders in the production of high-quality value-added products from plantation-grown white spruce wood in the future.