L’augmentation de productivité et de capacité de production est aujourd’hui au coeur des problématiques industrielles. Ceci touche particulièrement l’industrie forestière qui cherche depuis de nombreuses années à accroître sa productivité par, entre autres, des méthodes d’automatisation appliquées à leur processus de transformation du bois. Pour automatiser les méthodes d’inspection industrielle, plusieurs voies ont été empruntées jusqu’à ce jour : photométrie, ultrason, rayon-X, thermographie, etc . La technique présentée ici, l’effet trachéïde, utilise les caractéristiques de diffusion d’un laser dans les fibres de bois pour faire ressortir la densité et la direction du grain du bois. Cette technique produit rapidement une image en tons de gris de la pièce. À partir de cette image plusieurs méthodes ont été développées afin de faire ressortir les défauts sur la pièce. Une méthode de fusion des données a été mise au point afin de faire le regroupement des résultats des différentes techniques de détection. Finalement, une méthode de détection de contours adaptée à la détection des noeuds a été explorée. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

La présence de nœuds à l'intérieur de la tige est une des caractéristiques internes ayant le plus d'impact sur les propriétés mécaniques du bois. Il existe une grande quantité de modèles décrivant l’impact de la croissance et des stratégies sylvicoles sur le développement des branches et quelques modèles décrivant la géométrie des nœuds. Cependant la difficulté à obtenir des données internes précises explique que très peu d’études se sont intéressées à modéliser les relations entre les caractéristiques morphologiques des nœuds et les caractéristiques externes des branches et de l’arbre. La présente recherche a pour objectif principal d’améliorer nos connaissances de la nature des nœuds (fréquence, répartition, forme et taille) de manière à les intégrer dans des modèles de croissances des arbres. Dans un premier volet, nous avons mis au point un modèle statique de la géométrie des nœuds utilisant seulement 5 paramètres à partir d’une combinaison de deux équations non linéaires. La grande flexibilité de ces équations nous a permis de décrire des nœuds de morphologies très variables. Les paramètres obtenus ont ensuite été exprimés en fonction de caractéristiques externes facilement mesurables, afin d’être intégrables dans un modèle de croissance. Dans un second volet, nous avons analysé le ratio d’allocation de matière entre les nœuds et la tige au cours du développement de l’arbre, puis élaboré un modèle linéaire mixte qui se veut dynamique dans le temps. Ce dernier décrit l’évolution de la morphologie d’un nœud en fonction de la croissance secondaire de la tige. Finalement, par une méthode empirique basée sur deux filtres successifs tenant compte du diamètre des branches et de leur espacement, nous avons pu améliorer le positionnement des unités de croissance le long de tiges d’épinette. Cette délimitation nous a permis de modéliser le nombre de branches dans les unités de croissance ainsi que leurs positions autour et au long du tronc. L’intégration de ces modèles de nœuds couplés à une distribution plus réaliste des nœuds dans le tronc permettra de développer un simulateur de la croissance des arbres capable de représenter la morphogénèse des nœuds à l’intérieur de la tige. / The presence of knots is one of the internal characteristics with the greatest impact on the mechanical properties of wood. Several models describe the impact of tree growth and of silvicultural strategies on the development of branches but fewer models describe the geometry of knots. However, the difficulties to obtain accurate internal data may explain that very few studies have focused on modelling the relationship between the knot morphology and tree and branch characteristics. The main objective of this study was to improve our knowledge of knottiness (frequency, distribution, shape and size) for integration into existing growth models. In a first stage, we developed a static model of knot geometry using only 5 parameters from a combination of two nonlinear equations. The flexibility of these equations allowed us to describe a wide range of knot types. The parameters obtained were then modelled as functions of measurable tree and branch characteristics, to facilitate the integration into a growth model. In a second stage, we analysed the ratio of knot to stem allocation over the tree development, and then developed a mixed effect model that was dynamic in time. The latter describes the evolution of knot morphology as a function of the stem’s secondary growth. Finally, through an empirical method based on two successive filters and using the branches diameter and the distance between them, we were able to improve the positioning of the growth units along black spruce stems. This allowed us to model the number of branches within growth units and their positions along and around the stem. The integration of these knot models coupled to a more realistic distribution of the knots along the trunk will allow the development of a tree growth simulator capable to represent the knot morphogenesis inside the stem.

Une meilleure intégration des processus de fabrication du scieur et du fabricant de fermes de toit permettrait une utilisation plus efficiente des matières premières par une diminution de la production de sous-produits de moindre valeur notamment lors des opérations d’éboutage des bois. La scierie fabrique son bois d’œuvre de 2 po d’épaisseur suivant des longueurs standard variant de 6 à 16 pi. Les sciages verts sont généralement éboutés en longueurs paires alors que des longueurs impaires peuvent être générées après séchage et rabotage des bois. Le fabricant de fermes de toit doit, pour sa part, ébouter à nouveau les sciages en composantes suivant des longueurs variables comprises entre 2 po et 16 pi. Certains sciages requièrent un éboutage à la scierie en raison, entre autres, de la présence de flaches excessives. Ces bois devraient constituer un potentiel intéressant pour la production de composantes de longueurs variables entrant dans la fabrication de fermes de toit. Un changement des pratiques d’éboutage pourrait hypothétiquement contribuer à l’amélioration de la valeur des produits de la scierie et à une meilleure utilisation de la matière première tant pour le scieur que pour le fabricant de fermes de toit. L’objectif du projet consiste donc à évaluer le potentiel de récupération de la portion utilisable des sciages flacheux produits en scierie, pour la fabrication ultérieure de composantes de fermes de toit. Nous avons choisi d’étudier les fermes de toit en raison de leur complexité, de la grande variabilité des éléments structuraux qui les composent, comparativement aux murs et aux systèmes de plancher. Les fermes de toit sont également très populaires auprès des constructeurs d’habitations et des fabricants de systèmes de construction. Le carnet de commandes de fermes de toit, correspondant à trois mois de production, comprenait 219 projets de construction. Nous avons répertorié 5 qualités, 7 largeurs et 2 907 longueurs différentes de composantes pour la réalisation des projets de construction de fermes de toit. Les membrures courtes, inférieures à 7 pi de longueur, représentaient à elles seules 42,7% du volume total des composantes requises. Les simulations effectuées nous indiquent un potentiel de gain en volume de sciages de l’ordre 5,4% pour le scieur désirant récupérer des composantes dans des sciages flacheux. Un fabricant de fermes de toit, qui à son tour consomme ces sciages de longueurs hors standard, pourrait potentiellement réaliser des économies de bois de l’ordre de 4,9% du volume annuel consommé. Une meilleure intégration des processus de découpe du scieur et du fabricant de fermes de toit permettrait donc une réduction potentielle des éboutures générées lors de l’usinage des sciages dans les deux filiales industrielles.

Les objectifs de ce travail sont donc, dans un premier temps, de mieux comprendre les effets de l’espacement initial sur les caractéristiques des arbres de pin gris et d’épinette blanche ainsi que sur les propriétés mécaniques de leur bois. Il sera également possible de développer un facteur de correction du volume des sciages obtenus en fonction des déformations naturelles présentes sur les tiges pour ces deux essences, et ce, dans le but d’estimer de manière plus précise le volume de sciage disponible à partir des données d’inventaires forestiers. Dans un deuxième temps, le travail consiste à modéliser la présence des nœuds et à percevoir leurs impacts sur le rendement en sciage à l’aide d’Optitek, un logiciel de simulation du procédé du sciage. Pour réaliser cette étape, un certain nombre de billes ont été traitées dans un CT Scanner et un nouveau logiciel a été mis au point afin d’extraire l’information désirée des images tomodensitométriques (CT) pour ensuite la rendre compatible au logiciel Optitek. Le but de cette étape est d’être en mesure d’effectuer des simulations du procédé de débitage en tenant compte de la dimension et de l’emplacement des nœuds de façon à maximiser la valeur de chaque bille. Les arbres proviennent d’une plantation d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) et de pin gris (Pinus banksiana Lamb.) de type Nelder (1962). Ce type de plantation se caractérise par une forme circulaire qui fait en sorte que la densité de peuplement diminue graduellement du centre vers la périphérie du cercle. Ce site a permis l’étude de deux essences différentes ayant grandi dans des conditions de croissance similaires. Premièrement, les résultats démontrent que les caractéristiques des arbres sont fortement influencées par la densité de peuplement. En effet, le DHP, la hauteur totale, le défilement, la longueur et la largeur de la cime vivante, le diamètre des cinq plus grosses branches mortes et vivantes ont généralement augmenté avec l’accroissement de la distance entre les arbres, autant chez le pin gris que chez l’épinette blanche. L’optimisation du débitage primaire en fonction de l’emplacement spatial réel des nœuds internes dans les arbres a généré un volume de sciage significativement plus élevé et de plus grande valeur que les simulations du débitage uniquement basées sur la géométrie des tiges. En effet, la prise en compte de la distribution des nœuds lors des simulations du sciage a permis d’augmenter le nombre de pièces de qualité No.2 & meilleur produites de 15% pour l’épinette blanche et de 40% pour le pin gris. L’augmentation de la valeur des sciages associée à la connaissance de la distribution interne des nœuds a varié de 9,5% à 15,1% pour l’épinette blanche et de 15,2% à 23,0% pour le pin gris. Encore une fois, l’augmentation du rendement en valeur a été plus forte chez le pin gris que chez l’épinette blanche en raison de la présence de nœuds de plus fortes dimensions qui augmentent le potentiel d’optimisation. / The first objective of this work is to characterize the properties of jack pine and white spruce and develop a lumber volume correction factor due to stem shape for both species. The purpose of this section is to more precisely predict lumber volume from forest inventory data. The second objective is to model the presence of knots and evaluate their impact on lumber yield using Optitek, a sawing simulation software. To achieve this goal, a new software had to be developed in order to extract CT image information and make it compatible with the Optitek software. Hence, the second objective is simulate lumber sawing while taking into account the knot dimension and location. The trees come from a Nelder (1962) type plantation of white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) and jack pine (Pinus banksiana Lamb.). This type of plantation is characterized by a circular shape which makes the stand density vary from the center to the periphery of the circle. This site makes possible the study of two different species growing in similar conditions. Several field data were analyzed such as diameter at breast height (DBH), curvature, taper, total tree length, live crown size. First, the results show that tree characteristics are strongly influenced by the stand density. Indeed, DBH, total height, taper, length and width of the live crown, diameter of the five largest branches dead and alive generally increased with greater distance between the trees, both for jack pine and white spruce. The results obtained with the simulation using the knot information gave a lumber sawing volume and value significantly higher. Both jack pine and white spruce have produced more No.2 & better pieces when knots have been considered in the sawing simulations (15% for white spruce and 40% for jack pine). As for lumber value, the increase varied from 9.5% to 15.1% for white spruce and 15.2% to 23.0% for jack pine. Again, the larger jack pine knot size could explain this greater potential for improvement.