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.

Cette étude vise à caractériser les proportions de bois d’aubier et de duramen chez le bouleau à papier (Betula papyrifera Marsh.) en relation avec les caractéristiques du feuillage, de la cime et de l’arbre. Les résultats indiquent que la proportion d’aubier est significativement reliée au feuillage, selon la théorie du modèle tubulaire. D’autre part, la probabilité de présence de duramen à hauteur de souche est plus élevée pour des arbres à fort défilement. Les proportions d’aubier et de duramen sont également dépendantes de l’âge de l’arbre. En outre, le développement vertical du duramen à l’intérieur de la tige semble être affecté par l’effet d’empattement et par la base de la cime vivante. Le duramen présente une valeur maximale à une hauteur relative de 9% et décroît par la suite. Finalement, la quasi-totalité du volume de duramen est située sous la base de la cime vivante. / This study aims to characterize sapwood and heartwood proportions in White Birch (Betula papyrifera Marsh.) in relation with foliage, crown and stem characteristics. The results indicate that sapwood proportion is significantly related to foliage following the pipe model theory. Furthermore, the probability of heartwood presence at stump height is higher for trees with high stem taper. Sapwood and heartwood proportions are also tree age dependant. In addition, the vertical development of heartwood within the stem seems to be affected by the stump effect and by the live crown base. Heartwood shows a maximum value at 9% relative tree height and decreases afterwards. Finally, almost all the heartwood volume is located under the live crown base.

Les changements de couleur du bois au cours du séchage constituent un problème majeur pour l'industrie du bois. Les pertes financières occasionnées par ces changements de coloration sont très importantes. Les extractibles et les composants structuraux tels que les hémicelluloses et/ou la lignine participent au processus de coloration du bois lors du séchage. Il est important d'étudier les changements chimiques et anatomiques du bois en utilisant des méthodes appropriées. L'objectif de cette étude est d'étudier les changements en termes quantitatifs (teneur) et qualitatifs (distribution) de la lignine du bois de bouleau à papier (Betula papyrifera) et d'érable à sucre (Acer saccharum) au cours du séchage. L'hypothèse de travail est que le processus de séchage peut intervenir au niveau du développement des structures chromophores de la lignine, responsables du changement de coloration du bois. Pour cette étude, trente planches de 30 x 100 x 600 mm par espèce ont été séchées avec un programme conventionnel à moyenne température dans un séchoir de laboratoire. Des échantillons ont été prélevés à l'état vert, sec et à des humidités comprises entre 10 et 20%, 20 et 30% et entre 30 et 40%. Ces planches ont été soumises à des analyses chimiques, topo-chimiques et anatomiques afin d'en déterminer la teneur en lignine et la distribution de la lignine. La teneur en lignine a été déterminée comme lignine totale : lignine acide insoluble par la méthode de la lignine Klason modifiée plus la lignine acide-soluble et ces résultats ont été comparés aux résultats obtenus par la méthode spectrophotométrique avec le bromure d'acétyle. L'analyse topo-chimique a consisté à caractériser la lignine in situ et à déterminer semi-quantitativement les diverses couches des parois cellulaires du bois. L'analyse anatomique a consisté à analyser les parois lignifiées et mesurer le nombre de pixels par groupe de couleurs. Cette étude a permis de vérifier s'il existe une différence quantitative et qualitative de la lignine au cours du séchage du bois en fonction de la teneur en humidité, ainsi que de connaître l'influence du séchage sur la structure du bois. Les résultats de cette étude ont confirmé que le changement de couleur du bois de bouleau à papier et du bois d'érable à sucre au cours du séchage conventionnel n'est pas lié à la lignine mais qu'ils pourraient être liés essentiellement aux substances phénoliques du bois en présence d'oxygène et d'eau

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.

Cette étude vise à améliorer les connaissances reliées à la pratique de l’éclaircie commerciale (EC) et à ses effets sur la qualité et la valeur monétaire des produits transformés. Un dispositif de suivi de l’EC établi dans différentes régions a été remesuré et des billes d’épinettes noires provenant de peuplements éclaircis 10 à 13 ans auparavant et non éclaircis ont été prélevées, puis sciées en madriers. Des essais mécaniques en flexion (MOE, MOR) ont été réalisés. Les données ont été soumises soit à une ANOVA, une régression linéaire ou une régression logistique. Les résultats démontrent que l’EC a eu un effet sur l’accroissement des arbres (P < 0,001), sur leur valeur (P < 0,001), et sur la quantité (P = 0,011) et la taille (P = 0,031) des nœuds, sans avoir d’impact sur la résistance mécanique (P > 0.05) du bois. Ces résultats indiquent que l’EC permet d’augmenter la valeur des arbres sur pied. / The main purpose of this study is to improve the knowledge related to commercial thinning (CT), its application and its effects on the quality and economic value of processed products. A network of plots that aimed to monitor the long-term effects of CT was measured. Black spruce logs were harvested from treated stands (conducted 10-13 years before) and control stands and then processed in lumber. Bending stiffness tests were performed to measure the moduli of elasticity (MOE) and rupture (MOR). The quality and financial datas were submitted to different statistical analysis: ANOVA, linear regression or logistic regression. The results show that commercial thinning had a positive effect on the diameter growth of residual trees (P = 0.001) and the total value of lumber products (P = 0.001). The treatment also increased the quantity (P = 0.011) and size (P = 0.031) of knots, although no significant effects were detected on MOE and MOR (P > 0.05). Tree volume and their value increased with DBH in populations that had been subjected to a commercial thinning. These results suggest that commercial thinning may be included in forest management strategies that aim to increase the value of standing trees.

La présente étude a eu pour objectif principal d’évaluer l’effet de la qualité du bois d’épinette noire et du pin gris sur les dimensions des copeaux papetiers produits par une équarrisseuse-fragmenteuse. Afin de couvrir certains aspects de l’aménagement forestier de ces espèces, le travail s’est orienté vers l’étude des relations entre la provenance des billes, la position des billes dans la tige et la pratique de l’éclaircie commerciale vis-à-vis la qualité du bois et son comportement à la fragmentation. Ainsi, des attributs de masse volumique et de croissance des cernes, le nombre et la taille des nœuds, la masse volumique basale et certaines propriétés mécaniques ont été déterminés pour les parties de la tige soumises à la fragmentation. Dans un premier volet, des billes d’épinette noire provenant de deux sites écartés par un gradient latitudinal d’environ 300 km (47°N, 50°N) furent fragmentées. Celles provenant du site avec un taux de croissance plus faible (50°N) et qui présentaient une masse volumique et des propriétés mécaniques plus élevées ont produit les copeaux plus minces. Un deuxième volet a évalué l’effet de la position de la bille dans la tige sur la fragmentation de cette même espèce. L’augmentation du nombre et de la taille des nœuds suivant la hauteur dans la tige était la cause principale de la production des copeaux plus épais. Cependant, des copeaux plus épais furent aussi produits en bas de la tige, ce qui fut attribué à son défilement plus prononcé. Un troisième volet a été consacré à étudier l’effet de l’éclaircie et de la position de la bille dans la tige pour le pin gris. Les billes provenant des parcelles éclaircies ont produit des copeaux plus minces que ceux obtenus avec des billes provenant d’une parcelle naturelle. Toutefois, la faible taille de l’échantillon dans ce cas invite à la prudence. Le pin gris produirait des copeaux plus épais que l'épinette noire lorsque produits sous les mêmes conditions de coupe. La variation de l’épaisseur des copeaux avec la position de la bille dans la tige serait semblable à celle de l’épinette noire. D’autre part, l’augmentation de la largeur de coupe a produit dans tous les cas des copeaux plus épais. La taille des nœuds serait un paramètre critique agissant sur les dimensions des copeaux. De plus, la variation de la masse volumique des cernes et de la croissance des cernes et les propriétés de flexion statique sembleraient avoir un rôle important sur le mécanisme de formation des copeaux. Les dimensions des copeaux pourraient ainsi être mieux ajustées selon les exigences des papetières si les scieries avaient plus de contrôle et de connaissances sur les attributs spécifiques de leur matière première. / The main goal of this research was to evaluate the effect of wood quality on the dimensions of black spruce and jack pine chips produced with a chipper-canter for pulping purposes. Some aspects of the forest management of these species were studied, namely: the log provenance, the position of the log in the stem, and the commercial thinning, in order to evaluate wood quality and its response to fragmentation. Thus, the growth ring characteristics, the number and size of knots, the basic density, and various mechanical properties potentially involved in chip formation were assessed on the external parts of the log which were subjected to fragmentation. Firstly, black spruce logs coming from two sites separated by 300 km of latitudinal gradient (47°N, 50°N) were fragmented. For a given cutting width, a log coming from a slow growth rate site (50°N) with high ring density attributes and a corresponding high basic density and mechanical properties provided thinner chips. Secondly, the effect of the log position within the stem in the fragmentation process was evaluated for the same species. The increase of the size and number of knots up the stem was the main cause of producing thicker chips towards the top of the stem. However, the production of thicker chips at the bottom logs was attributed to their pronounced taper. Finally, the effects of the commercial thinning and the log position in the stem were evaluated on jack pine. Jack pine logs coming from thinned stands seem to produce chips of smaller dimensions compared to logs from a natural stand. However, these results should be interpreted with caution due to the small sample size used. Under the same cutting conditions, jack pine had a higher mean chip thickness compared to black spruce. Chip thickness variation with the log position in the stem was similar between the two species. Moreover, the increase in cutting width produced thicker chips in all cases. The size of knots appeared to be critical in chip dimension. In addition, the variation in wood density attributes, growth rings characteristics, and bending properties would appear to have a considerable role in the chip formation mechanism. Ultimately, chip dimensions could be adjusted to pulp mills standards if sawmills will have more control and knowledge of their wood raw material specific attributes.

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.

L'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) est l'une des essences les plus importantes pour l'industrie forestière au Canada et son bois est apprécié pour diverses utilisations. De nombreuses études nous permettent de prédire des pertes de la qualité du bois avec l'utilisation accrue d'arbres provenant de plantations et en raison d'une sélection génétique axée uniquement sur la croissance. L'amélioration génétique et la biologie moléculaire pourraient être appliquées pour sélectionner des arbres ayant un ensemble de propriétés plus désirables et ainsi neutraliser la perte de qualité du bois. L'objectif de cette thèse était de déterminer les paramètres génétiques essentiels à cette tâche, notamment, l'héritabilité et les corrélations des principales propriétés du bois chez l'épinette blanche. Dans la présente étude, des carottes de bois ont été récoltées de 375 arbres couvrant 25 familles issues de pollinisation libre et venant d'un test de provenance-descendances répété sur trois sites dans la province de Québec. Avec le système SilviScan des profils de haute résolution ont été obtenus de la moelle à l'écorce pour différentes propriétés du bois liées à la force mécanique (par exemple, la densité du bois et la rigidité) et à l'anatomie des cellules (dont l'épaisseur de la paroi et le diamètre cellulaire). Des analyses statistiques ont indiqué un contrôle génétique modéré à élevé pour les propriétés du bois, surtout dans le bois initial. Les valeurs d'héritabilité étaient généralement plus basses dans les cernes près de la moelle et dans le bois final. Il n'y a que le contrôle génétique de l'angle des microfibrilles (AMF) qui ne variait pas significativement entre les cernes. La plupart des corrélations génétiques et phénotypiques entre différentes propriétés étaient basses près de la moelle mais augmentaient avec l'âge et se stabilisaient au niveau du bois de transition. Les fortes corrélations observées entre le bois juvénile et le bois de transition permettent d'anticiper une sélection précoce efficace à l'âge cambial de 8 à 10. Nos observations indiquent un très bon potentiel pour la sélection précoce de l'AMF autour de l'âge 4 ; mais l'AMF est un critère de sélection peu pratique en raison de son coût élevé. En plus, la sélection directe des propriétés mécaniques serait limitée par un contrôle génétique faible à modéré. Notre étude montre qu'une approche efficace pour maîtriser ce problème est l'amélioration indirecte de la rigidité en effectuant une sélection par indice incluant la densité du bois et la longueur des carottes. Il semble aussi difficile d'améliorer simultanément les propriétés mécaniques du bois et les propriétés anatomiques des fibres liées à la fabrication des pâtes et papiers, en raison des corrélations fortement défavorables. Les résultats de cette thèse contribueront à rendre l'amélioration génétique des propriétés du bois plus accessible et plus efficace. Ils permettront à long terme de mieux valoriser les bois d'épinette blanche issus des plantations futures.

La valeur du panier de produits des peuplements résineux dépend des dimensions et du défilement des tiges, de la présence de défauts internes, mais aussi des propriétés physiques et mécaniques du bois, principalement de la rigidité du bois, puisque le bois d’œuvre résineux est utilisé essentiellement à des fins structurales. La rigidité du bois d’œuvre résineux est estimée en usine lors du classement visuel ou mécanique des sciages. En forêt, cette connaissance n’existe pas et il n’est pas possible aujourd’hui de localiser les régions ou les peuplements avec un fort potentiel de bois rigide, ni d’évaluer la valeur des bois ou encore de comparer la rentabilité des scénarios sylvicoles, en considérant ce critère de qualité déterminant. Cette absence de connaissances s’explique principalement par les efforts et les coûts considérables associés à la réalisation d’un inventaire de la qualité de la fibre, lequel suppose en effet l’échantillonnage de milliers d’arbres et des analyses en laboratoire très exigeantes. C’est dans ce contexte que la spectroscopie proche infrarouge a été évaluée, comme technologie rapide et non destructive, pour mesurer les propriétés physiques et mécaniques du bois. Dans un premier temps, nous avons évalué la variabilité écogéographique des propriétés du bois de l’épinette noire pour les deux principales végétations potentielles de la forêt boréale aménagée du Québec (chapitre 1). Nous avons observé que le bois poussant dans les peuplements purs d’épinettes noires avait des fibres matures plus longues, un bois significativement plus dense et de meilleures caractéristiques mécaniques que le bois poussant dans des peuplements mélangés avec le sapin baumier. Une approche de modélisation par saut d’échelle, basée sur des mesures de cernes provenant de 3350 placettes d’inventaire, a permis d’améliorer la performance de tous les modèles, en expliquant, à l’échelle du peuplement, 47%, 57%, 63% et 63% de la variabilité de la densité du bois, du module d’élasticité, de l’angle des microfibrilles, et de la longueur des fibres matures, avec des erreurs quadratiques moyennes, de 8.9 kg/m³, 0.52 GPa, 0.60° et 0.06 mm respectivement. Nous avons ensuite évalué le potentiel de la spectroscopie proche infrarouge pour mesurer les propriétés du bois de l’épinette noire (chapitre 2). De bonnes et d’excellentes statistiques de calibration (R², rapport de la performance à l'écart) ont été obtenues pour la densité basale (0.85, 1.8), l’angle des microfibrilles (0.79, 2.2), et le module d’élasticité (0.88, 2.9). Une régression segmentée a également été appliquée au profil radial de l’angle des microfibrilles afin de déterminer l’âge de transition du bois juvénile au bois mature. Les valeurs obtenues avec SilviScan ont été comparées à celles obtenues par spectroscopie. L’âge moyen de transition (23 ans ± 7 ans) a été légèrement sous-estimé, par spectroscopie proche infrarouge, avec une erreur de prédiction moyenne de −2.2 ± 6.3 ans et des intervalles de confiance à 95% de −14.6 et 10.1. Ces résultats suggèrent que l’âge de transition du bois juvénile au bois mature peut également être prédit par spectroscopie proche infrarouge. Finalement, la spectroscopie proche infrarouge a été utilisée pour évaluer la variabilité régionale de la densité basale et de la rigidité du bois des principales essences boréales du Québec (épinette noire, sapin baumier, pin gris, bouleau à papier et peuplier faux-tremble) (chapitre 3). Un système automatisé a été développé à cette fin et calibré à partir de données SilviScan. La densité basale et la rigidité du bois ont été estimées sur 30159 carottes de bois provenant de 10573 placettes d’inventaire. Les observations de densité et de rigidité étaient spatialement autocorrélées sur de plus longues distances chez les feuillus que chez les résineux. Un gradient latitudinal uniforme relié au climat était apparent pour le bouleau à papier et le peuplier faux-tremble. La distribution spatiale de ces mêmes propriétés n’était pas uniforme chez les résineux, suggérant une adaptabilité environnementale plus restreinte en comparaison aux essences feuillues étudiées. Cette thèse présente de grandes avancées dans le développement d’une méthode d’inventaire de la qualité de la fibre au Québec. La variabilité régionale de la densité et de la rigidité du bois est maintenant connue pour les principales essences boréales du Québec. Les prochains travaux porteront sur l’estimation de ces propriétés à l’échelle du peuplement forestier. / The value of forest products from softwood stands depends on stems volume and taper, internal defects, but also on physical and mechanical wood properties, especially stiffness, since softwood lumber is primarily used for structural purposes. The lumber stiffness is evaluated in sawmills through visual or mechanical gradings. In forest, this knowledge does not exist and it is not possible to locate the regions or the forest stands with a high lumber stiffness, neither to evaluate the value of forest products and the economic profitability of forest management scenarios considering this key attribute. This lack of knowledge is mainly due to substantial investments associated with an inventory of wood fibre quality, which involves the sampling of thousands of trees and very demanding laboratory tests. It is in this context that the near-infrared spectroscopy was evaluated as a rapid, non-destructive method for estimating physical and mechanical wood properties. Ecogeographic variation in black spruce clear wood properties was first investigated for the two main vegetation types of the managed boreal forest of the province of Quebec (chapter 1). Wood growing in pure black spruce stands had longer mature fibers, a significantly denser wood with better mechanical characteristics than the wood growing in stands mixed with balsam fir. A scaling-up modeling approach, based on ring data from 3,350 inventory plots, has improved the performance of all models, explaining, at the stand level, 47%, 57%, 63% and 63% of variance in wood density, modulus of elasticity, microfibril angle and mature fiber length with estimated root mean square errors of 8.9 kg/m³, 0.52 GPa, 0.60° and 0.06 mm respectively. The potential of near-infrared spectroscopy to determine the transition from juvenile to mature wood in black spruce was then assessed (chapter 2). Good to excellent calibration statistics (R², ratio of performance to deviation) were obtained for basic density (0.85, 1.8), microfibril angle (0.79, 2.2), and modulus of elasticity (0.88, 2.9). Two-segment linear regressions were applied to microfibril angle profiles to determine the transition age. The values obtained using SilviScan data were compared with those obtained using near-infrared spectroscopy predicted data. The average transition age (23 years ± 7 years) was slightly underestimated by near-infrared spectroscopy with a mean prediction error (and 95% limits of agreement) of -2.2 ± 6.3 years (-14.6/10.1). These results suggest that the transition age from juvenile to mature wood could be predicted by near-infrared spectroscopy. Finally, the near-infrared spectroscopy was used for estimating the regional variation in wood density and stiffness for the main boreal species of Quebec (black spruce, balsam fir, jack pine, paper birch, trembling aspen) (chapter 3). An automated near-infrared system was developed for this purpose and calibrated using SilviScan data. Basic density and wood stiffness were estimated on 30,159 increment cores from 10,573 inventory plots. The observations in wood density and stiffness were spatially autocorrelated on longer distances in hardwoods than softwoods. A uniform latitudinal gradient related to climate was observed in paper birch and trembling aspen. Conversely, spatial distribution in wood density and modulus of elasticity was not uniform in softwoods, suggesting a more limited environmental adaptability in comparison to the hardwood species studied. This thesis has made major advances in the development of a method for inventorying wood fibre quality in Quebec. Regional variation in wood density and stiffness is now known for the main boreal species of Quebec. Future work will focus on estimating these properties at the forest stand level.

Le vène est l’une des espèces des domaines climatiques soudanien et guinéen du Mali revêtant d’une importante contribution socio-économique. Le présent travail a consisté à déterminer la qualité du bois de vène tant au niveau intra-arbre qu’au niveau de l’origine géographique de provenance ainsi que l’influence des facteurs de variation de qualité liés à l’anatomie et aux métabolites extractibles. Dans cette optique, une quantification des extraits, une analyse qualitative et quantitative des caractères anatomiques et une analyse des cernes a été réalisée. En plus, une évaluation des caractéristiques physico-mécaniques en occurrence, l’infradensité (ID), le retrait, le comportement hygroscopique en fonction de la nature des extraits, le module dynamique d’élasticité (EL) et les propriétés acoustiques pour la facture d’instrument xylophone (le module spécifique, EL /ρ et le coefficient d’amortissement, tanδ) a été effectuée. Les résultats obtenus ont montrés, qu’en dépit d’un retrait très peu variable, l’ID, le EL et la qualité acoustique du bois de vène sont supérieurs en zone guinéenne (ZG) qu’en zone soudanienne (ZS). Mais dans l’arbre, ils sont supérieurs dans le duramen médian (DM) et externe (DE) que dans le duramen interne (DI). Il ressort aussi que ces caractéristiques évoluent positivement avec le taux des extraits, la longueur et la proportion des fibres mais diminue significativement avec le nombre de vaisseaux par mm2 et la proportion des vaisseaux. Les dimensions et la proportion des principaux caractères anatomiques diffèrent significativement d’une région à l’autre mais dans l’arbre elles varient de la moelle vers le DM au delà duquel ils restent stable jusqu’au DE. L’accroissement moyen est de 2,8 mm/an en ZS contre 4,9 mm/an en ZG. Le taux d’extraits, plus important en ZG qu’en ZS, augmente significativement de la moelle vers la zone de transition puis diminue fortement dans l’aubier. L’effet des extraits sur le comportement hygroscopique du bois s’est principalement illustré par une réduction considérable des valeurs du retrait et du point de saturation de la fibre, due non pas seulement à la teneur en extraits, mais aussi à leur nature chimique. Les extraits solubles dans l’acétone et dans l’éthanol-toluène suivie de l’eau chaude ont eu le plus d’effet sur l’hygroscopicité du bois de vène que ceux solubles dans l’eau chaude et dans l’hexane. Cependant, le retrait du duramen après extraction totale s’est révélé similaire à celui de l’aubier. A l’exception de ceux qui sont solubles dans l’acétone, les extraits semblent avoir peu d’effet sur l’anisotropie du retrait. / Ce mémoire de thèse est le résultat de plus de 3 ans de travaux de recherche effectués d’une part, en alternance entre le Mali et la France et d’autre part, en cotutelle entre l’Université Laval et l’ENGREF de Nancy. Les travaux de recherche ont essentiellement été effectués au sein du Laboratoire d'Etude des Ressources Forêt-Bois (LERFoB/INRA) de l’ENGREF de Nancy et du Centre de Recherche sur le Bois (CRB) de l’Université Laval. C’est donc le lieu pour moi d’exprimer mes plus sincères remerciements au Pr. Patrick PERRE et au Pr. Tatjana STEVANOVIC pour m’avoir accueilli respectivement au sein de ces laboratoires, d’avoir accepté de diriger mes travaux et de m’avoir accordé un soutien financier de taille à travers leurs fonds de recherche. Je tiens à exprimer mes très vifs remerciements à l’adresse de tous ceux qui ont de loin ou de près rendu non seulement le travail possible mais aussi sa réalisation agréable tant à l’Université Laval qu’à l’ENGREF de Nancy. Je voudrais ici en particulier remercier le Pr. René KELLER qui malgré qu’il soit en retraite s’est toujours montré disponible pour mes questions en matière d’anatomie du bois et Loïc BRANCHERIAU, chercheur au CIRAD de Montpellier, pour sa contribution dans l’analyse de la qualité acoustique du bois de vène. Je remercie les techniciens du LERFoB/INRA et du CRB en l’occurrence Mr. Patrice MARCHAL pour la préparation du matériel d’essai et la réalisation des tests de sorption au LERMaB et de Mr. Luc GERMAIN et Mr. Yves BÉDARD respectivement pour la préparation du matériel d’essai et la détermination du taux des cendres à l’Université Laval. Je tiens aussi à remercier Papa Niokor DIOUF pour sa contribution dans la réalisation des essais d’analyse chimique et Carole ASSOR pour ses conseils et sa contribution dans la mise en place définitive du sujet. J’adresse aussi mes sincères remerciements aux autorités française et en particulier au Service de Coopération et d’Action Culturelle de l’Ambassade de France à Bamako (SCAC) qui, à travers son projet d’appui à l’Enseignement Supérieur du Mali, m’a accordé un soutien financier sous forme de bourse d’alternance de 15 mois. Je remercie aussi les autorités maliennes et en particulier le directeur général de l’IPR/IFRA de Katibougou, Pr. Fafré SAMAKE, pour les encouragements, les conseils et le soutien financier dans le prélèvement du matériel expérimental et pour avoir accepté ma demande de mise en congé de formation.