Thèse en cotutelle, doctorat en génie du bois et des matériaux biosourcés : Université Laval, Québec, Canada Philosophiæ doctor (Ph. D.) et E Cen Lille Villeneuve d'Ascq, France / Le bois est un matériau composite naturel utilisé, entre autres, dans la finition d'intérieur comme couvre-plancher. Il est apprécié pour son aspect, sa disponibilité et son faible impact environnemental. Cependant, son usage est limité au Canada dans les bâtiments non résidentiels, notamment à cause des risques de propagation des flammes. L'ignifugation du bois regroupe tous les traitements qui lui sont appliqués pour le rendre moins combustible. Les approches traditionnelles d'ignifugation du bois, l'imprégnation et les revêtements, sont consommatrices de matière d'origine fossile et nécessitent parfois l'utilisation de procédés complexes. Afin de réduire l'impact environnemental des traitements, des approches par traitement de surface ont été proposées pour les textiles et ont démontré des résultats très prometteurs. Ces traitements visent à concentrer l'action d'ignifugation à la surface exposée au feu afin de limiter la consommation de matière ainsi que l'impact du traitement sur le matériau et sur l'environnement. Dans le cadre de ce projet, deux traitements de surface ont été étudiés. Tout d'abord, une nouvelle méthode de dépôt de complexes polyélectrolytes a été développée en utilisant l'imprégnation en surface à pression réduite. Les complexes polyélectrolytes ont été lyophilisés dans un premier temps afin d'étudier leurs propriétés. Cette approche nous a permis de mettre en avant l'impact du ratio entre deux polyélectrolytes sur la stabilité thermique du complexe, qui a impacté la performance au feu du bouleau jaune traité (Betula alleghaniensis, Britt). Un faible gain de masse a été identifié comme un facteur limitant la performance au feu et plusieurs approches ont été étudiées pour augmenter celui-ci. La surface du bois a ainsi été activée par délignification et l'ajout d'agents de mouillage dans la solution a augmenté sa mouillabilité. D'autre part, des nanoparticules ont été ajoutées à la formulation, mais les performances n'ont pas été améliorées, les nanoparticules modifiant le mode d'action des complexes polyélectrolytes. En ce qui concerne la seconde approche, le traitement de surface par dépôt plasma jet atmosphérique a été étudié. Plusieurs précurseurs ont été déposés sur de l'érable à sucre (Acer saccharum, Marsh.) et sur de l'érable à sucre préalablement traité avec un primaire d'adhésion photopolymérisé. Cette comparaison a mis en avant l'importance de la préparation de la surface de dépôt sur la performance au feu obtenue. Lorsque les échantillons sont préparés avec un primaire d'adhésion photopolymérisé, un dépôt homogène est obtenu par plasma et ce dernier présente un effet de synergie en ce qui concerne le comportement au feu. / Wood is a natural composite material used in interior finishing as flooring. It is appreciated for its appearance, availability, and low environmental impact. However, its use is limited in non-residential construction because of the risk of fire propagation. Fireproofing of wood considers all treatments applied to wood to make it less combustible. Traditional approaches to fireproof wood, such as impregnation, are fossil fuel, energy, and time consuming. Surface treatment approaches have been proposed for textiles and have shown very promising results limiting the amount of used chemicals and thus its impact on the environment. Indeed, surface treatments aim at concentrating the fireproofing action on the surface exposed to the fire. In this project, two surface treatments were studied. First, a new method for the deposition of polyelectrolyte complexes was developed using surface impregnation at reduced pressure. The performance of a polyelectrolyte deposit was studied on the freeze-dried polyelectrolyte complexes. This approach allowed us to highlight the effect of the ratio between two polyelectrolytes on the fire performance of yellow birch (Betula alleghaniensis, Britt). Mass gain was identified as a limiting factor to improve the fire performance and several approaches were studied to increase it either by activating the wood surface by delignification or by increasing the wettability of the solution by adding wetting agents. Nanoparticles have also been added to the formulation, but no improvement of the fire performance was noticed. As a second approach, surface treatment by atmospheric jet plasma deposition has been studied. Several precursors were deposited on sugar maple (Acer saccharum, Marsh.) virgin or pretreated with a photopolymerized primer. This comparison highlighted the importance of the preparation method of the substrate in fire performance. Better performance was obtained on samples pretreated with a light-cured primer since in that case a homogenous deposit was obtained and could act as a fire protective barrier.

L’augmentation en dominance du hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.) jumelée à la diminution de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) en régénération menace la viabilité économique des forêts feuillues nordiques aménagées. En se basant sur l’hypothèse que l’augmentation de la disponibilité de la lumière pour la régénération favoriserait l’érable à sucre, la coupe progressive irrégulière est passée d’une mise en oeuvre expérimentale à opérationnelle à grande échelle au cours de la dernière décennie. Nous avions comme objectif de vérifier si des variantes de coupes partielles, telles que la coupe de jardinage et la coupe progressive irrégulière, faites dans un contexte industriel, avaient tendance à favoriser la régénération de l’érable à sucre au détriment de celle du hêtre. Nous avons mesuré le coefficient de distribution, l’abondance et la croissance de la régénération dans des coupes industrielles âgées de trois à six ans dans la forêt feuillue du Québec, Canada. Le suivi de la régénération a per mis de démontrer une indéniable dominance du hêtre à grandes feuilles, tout type de coupe confondu, particulièrement chez les grands semis et gaules. Cependant, dans certaines conditions, les indices de probabilités de transition (combinant la croissance et l’abondance relative) de l’érable à sucre pouvaient être légèrement favorisés par l’augmentation du prélèvement en surface terrière, dans certaines conditions. En se basant sur le coefficient de distribution et la surface terrière marchande du hêtre avant la coupe, nous avons proposé de nouveaux critères pour aider à décider dans quelles situations une augmentation de l’intensité de la coupe partielle permettrait de favoriser significativement la régénération de l’érable à sucre. Au-delà de ces résultats, l’étude met en lumière l’importance de raffiner le processus de diagnostic et les prescriptions sylvicoles de nos forêts feuillues afin de limiter efficacement l’expansion du hêtre à grandes feuilles.

Les forêts feuillues tempérées du sud du Québec ont une grande importance économique, car elles sont la principale source d’approvisionnement des industries des produits d'apparence en bois. Toutefois, la difficulté de relier l’apparence externe d’un arbre à la qualité interne de son bois engendre des incertitudes liées à l’approvisionnement, puisque la qualité des bois sélectionnés pour la récolte peut ne pas correspondre aux besoins réels des usines de transformation. L’objectif principal de ce projet était d’améliorer les prévisions des caractéristiques des approvisionnements de bois feuillu en reliant l’évaluation de la qualité des arbres sur pied à la composition du panier de produits transformés et à sa valeur monétaire. Un des facteurs internes qui affecte la valeur des sciages d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et de bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.) est la présence d’une zone de couleur brun-rougeâtre au centre de la tige, appelée coloration de cœur. Un échantillonnage dans 12 localisations de la zone tempérée du sud du Québec a montré que les différences régionales de la proportion radiale de la zone colorée chez ces deux espèces étaient principalement attribuables à des facteurs liés au développement des arbres, tels que l’âge et les accroissements autour de la zone colorée. Une partie de la variabilité chez l’érable à sucre était aussi associée à la température minimale annuelle d'une localisation. Par ailleurs, l’étude de 64 érables à sucre et 32 bouleaux jaunes abattus, tronçonnés et sciés en planches a mis en évidence le fait que parmi tous les types de défaut qui doivent être pris en considération lors du marquage des arbres, les signes visibles d’infection fongique et les fentes avaient la plus grande influence négative sur la valeur des deux espèces. L’analyse des sciages a montré que la proportion des meilleurs grades augmentait avec la longueur et le diamètre des billes, ce qui fait qu’elle était plus élevée dans le bas de l’arbre. Les billes présentant une grande zone colorée ont produit davantage de bois de moindre valeur. Dans leur ensemble, ces résultats permettent d’établir des liens entre le classement visuel des arbres sur pied et la qualité de produits transformés permettant une meilleure prise de décisions liée à l’approvisionnement en bois feuillu. / Temperate deciduous forests of southern Quebec are of great economic importance because they are the main supply source of the appearance wood products industries. However, the difficulty of linking the external characteristics of a tree to the internal quality of its wood creates supply-related uncertainties, since the quality of selected trees for harvest may not correspond to the real needs of these processing industries. The main objective of this study was to improve the supply forecasts of hardwood processing industries by linking the quality assessment of standing trees to their products assortment and their monetary value. One of the most important internal factors affecting the value of sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.) lumber is the presence of a reddish-brown colored area in the center of the stem called red heartwood. Samples from 12 locations throughout the temperate zone in southern Quebec showed that regional differences in the radial proportion of the colored area in both species were mainly due to factors related to tree development, such as age and radial growth around the colored area. Part of the variability in sugar maple was also associated with the annual minimum temperature of a sampling location. In addition, the study of 64 sugar maple and 32 yellow birch trees that were harvested, bucked into logs and processed into lumber showed that among all defect types that need to be considered for tree marking, visible evidence of fungal infections and cracks had the largest negative influence on value in both species. The analysis of the lumber products assortment showed that the proportion of the best grades increased with the length and the diameter of the logs, so that it was higher at the bottom of the stem. Logs with a large red heartwood area produced more wood of lesser value. Overall, these results link the visual assessment of standing trees to the quality and value of processed products to allow better decision making in the hardwoods supply chain.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Dans les forêts de feuillus nordiques, les traitements sylvicoles visant à régénérer l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et le bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.), tels que le scarifiage du sol et le contrôle mécanique de la végétation compétitrice, résultent parfois en la formation d'une dense strate de hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.). L'objectif de ce mémoire était de comparer la croissance et la survie de trois types de régénération de hêtre, soit les rejets de souche, les drageons racinaires et les semis, à celles de semis de bouleau jaune et d'érable à sucre dans des peuplements feuillus traités par coupe partielle et sous une contrainte de broutement par le cerf de Virginie. Sur une période de huit ans, 997 individus des trois espèces ont été suivis dans trois peuplements composés principalement d'érable à sucre, de bouleau jaune et de hêtre dans un dispositif expérimental situé à la station forestière de Duchesnay, près de Québec. Chaque peuplement comprenait quatre traitements de coupes partielles, de même qu'un témoin, ce qui a permis d'étudier un gradient de conditions de lumière et de compétition. Les rejets de souche et les drageons de hêtre ont montré une croissance plus élevée que les semis des trois espèces, alors que tous les types de hêtre ont montré des probabilités de survie plus importantes que les autres espèces, quelles que soient les conditions de lumière ou de compétition. Nos résultats indiquent que les traitements stimulant l'établissement de rejets de souche et de drageons de hêtre doivent être appliqués avec prudence et dans des conditions qui garantissent une croissance et des taux de survie suffisants des espèces désirées. Cette étude suggère également que le broutement sélectif par le cerf de Virginie est un facteur important pouvant exacerber le phénomène d'envahissement par le hêtre en supprimant la capacité de croitre en hauteur du bouleau jaune. / In northern hardwood forests, silvicultural treatments aimed at regenerating sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.), such as soil scarification and mechanical control of competing vegetation, often result in the formation of dense American beech (Fagus grandifolia Ehrh.) thickets in the seedling and sapling layers. The aim of this Master's thesis was to compare the growth and survival of three types of beech regeneration, i.e. stump sprouts, root suckers and seedlings, with those of yellow birch and sugar maple seedlings in partially harvested stands under cervid browsing pressure. Over an eight-year period, 997 individuals of the three species were monitored in three stands composed mainly of sugar maple, yellow birch, and American beech in an experimental field trial in the Duchesnay Forest, located near Quebec City, Canada. Each stand included four partial harvest treatments of different intensities, as well as a control, providing a gradient of light and competition conditions. American beech stump sprouts and root suckers showed higher growth than seedlings of all three species, and all types of American beech regeneration showed higher survival probabilities than the other species, regardless of light or competition conditions. Our results suggest that treatments that induce the establishment of American beech stump sprouts and root suckers, like high intensity partial cut combined with soil scarification and mechanical control, should be applied with caution and under conditions that ensure sufficient growth and survival rates of the desired species. This thesis also suggests that selective browsing by cervids is an important factor that can exacerbate the phenomenon of dense beech thickets formation in the seedling and sapling layers by suppressing the yellow birch's ability to grow in height.

L'association mycorhizienne implique nombre de plantes et de champignons, étant sans doute la symbiose mutualiste la plus importante et la plus répandue au sein des écosystèmes terrestres. Étant donné que la plupart des arbres forment des mycorhizes arbusculaires ou des ectomycorhizes qui se distinguent par leur écophysiologie, il est judicieux de caractériser les forêts en fonction de leur dominance mycorhizienne afin d'en mesurer les impacts sur les processus écologiques. Ainsi, l'objectif de cette thèse est de quantifier les influences de la dominance mycorhizienne en forêt sur les propriétés abiotiques et biotiques du sol ayant un impact à l'échelle locale sur deux processus associés : la décomposition de la matière organique et la régulation de la diversité végétale. Les forêts étudiées, de dominance mycorhizienne très contrastée, présentent des propriétés physico-chimiques et des communautés microbiennes distinctes au niveau du sol, mais des patrons de distribution verticale des microorganismes du sol d'une similarité inattendue. Dans ces forêts nordiques décidues, la décomposition de la matière organique est favorisée dans les couches supérieures du sol, notamment grâce à la présence du réseau fongique et d'autant plus lorsque les ectomycorhizes prédominent, ce qui prouve l'aspect déterminant du contexte local. L'établissement d'arbres mycorhiziens arbusculaires peut être limité par la combinaison des conditions abiotiques et biotiques édaphiques de la forêt boréale, qui est dominée par les ectomycorhizes, contrairement aux forêts à dominance partagée entre mycorhize arbusculaire et ectomycorhize, où la diversité est favorisée à l'échelle de la communauté. Cette thèse démontre le rôle déterminant, au niveau local, exercé par la dominance mycorhizienne sur les processus écologiques, et soulève l'importance de l'hétérogénéité biotique et abiotique du sol pour mieux saisir le fonctionnement des écosystèmes terrestres. / Mycorrhizas, which involve plants and fungi, are probably the most important and widespread mutual symbioses in terrestrial ecosystems. Since most trees form arbuscular mycorrhizas or ectomycorrhizas that are ecophysiologically distinct from each other, it is useful to characterize forests according to their mycorrhizal dominance in order to measure their respective impacts on ecological processes. The objective of this thesis is to quantify the impacts of forest mycorrhizal dominance on the abiotic and biotic properties of the soil, which influence at the local scale two associated processes: the decomposition of organic matter and the maintenance of plant diversity. The forests studied have opposite mycorrhizal dominance exhibit distinct soil physico-chemical properties and microbial communities, but more similar vertical distribution patterns of microorganisms than expected. Decomposition is favored by organic matter in the upper soil layers, but also by the presence of the fungal network, especially when ectomycorrhizas predominate, illustrating the importance of the local environmental context. Establishment of arbuscular mycorrhizal tree may be limited by the combination of abiotic and biotic edaphic factors of the boreal forest, which is ectomycorrhizal-dominated, in contrast to forests with shared dominance between arbuscular mycorrhizas and ectomycorrhizas, where tree species diversity is favored at the community level. This thesis demonstrates the decisive role, at the local scale, played by mycorrhizal dominance on ecological processes, and raises the importance of soil biotic and abiotic heterogeneity to better understand the functioning of terrestrial ecosystems.