Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2006. / Titre de l'écran-titre (visionné le 28 mars 2007). Thèse présentée en cotutelle: Département d'opérations et système de la décision, Faculté des sciences de l'administration, Université Laval, Québec et École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne, Saint-Étienne, France. Bibliogr.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. [127]-138. Publié aussi en version électronique.

Les entreprises du bois d’oeuvre ont besoin d’une part de synchroniser les activités de production, d’approvisionnement et de ventes, et d’autre part, de maximiser les profits face à une demande hétérogène et saisonnière. L’objectif de cette thèse de doctorat est de développer et d’évaluer de nouvelles approches intégrées de gestion de la demande dans un contexte de capacité limitée, afin de mieux orienter ces entreprises de façon à maximiser les profits et à améliorer la satisfaction des clients les plus prioritaires. Le cas d’étude, inspiré de la réalité des entreprises du bois d’oeuvre québécoises, considère différents clients hétérogènes, des processus de production divergents et plusieurs usines oeuvrant dans un mode de fabrication pour les stocks, où les plans d’approvisionnement, de production et de ventes sont pilotés par les prévisions de la demande et des prix. Dans cette thèse, on commence par définir un cadre décisionnel mutiniveau afin de supporter les décisions d’allocation prises aux niveaux tactique et opérationnel, ainsi que les promesses de livraison conclues en temps réel. En particulier, on propose un processus de gestion de la demande intégrant la planification des ventes et des opérations (S&OP) avec la promesse de livraison basée sur les concepts de gestion des revenus : une nouvelle formulation mathématique, intégrant un modèle S&OP adapté à l’industrie du bois d’oeuvre et un modèle de promesse de livraison utilisant des limites de réservation imbriquées, est fournie. Cette formulation offre la possibilité de changer les décisions d’allocation en temps réel tant que les commandes fermes ne sont pas expédiées. Une plateforme d’optimisation et de simulation en horizon roulant est développée afin d’évaluer la valeur de l’intégration de la planification des ventes et des opérations et de la gestion des revenus. Les résultats de simulation ont démontré la capacité d’un processus intégrant le S&OP et la gestion des revenus, dans un contexte de capacité limitée et face à une demande hétérogène et saisonnière, à réaliser des meilleurs profits et à mieux satisfaire les clients prioritaires que les processus conventionnels de gestion de la demande. La plateforme d’optimisation et de simulation développée est utilisée, dans une seconde étape, pour étudier la performance de différents processus intégrés de gestion de la demande face à différentes situations du marché. En effet, on compare différentes séquences d’arrivée des commandes et deux approches de promesse de livraison. A cette fin, on adopte une nouvelle procédure de planification et d’analyse des expériences dans un contexte de gestion de la chaîne d’approvisionnement : un plan de remplissage d’espace est utilisé pour définir des scénarios variés du marché et des métamodèles de krigeage sont générés pour analyser les résultats. L’analyse des résultats a mis en évidence l’amélioration potentielle de performance qu’on peut atteindre en utilisant les concepts de gestion des revenus et a démontré l’impact de la séquence d’arrivée des commandes sur le profit annuel et le niveau de satisfaction des clients prioritaires. Les implications managériales qui découlent de cette analyse sont également présentées. Dans une troisième étape, on analyse l’effet de la substitution et de certains concepts de gestion des revenus. En particulier, on investigue l’intérêt d’offrir à certains clients privilégiés un produit de qualité supérieure au prix du produit original demandé (soit l’équivalent d’un sur-classement pour les entreprises de service), ce qui est une pratique assez commune dans l’industrie du bois d’oeuvre. À cette fin, on introduit la dimension produit dans le modèle de promesse de livraison basée sur les concepts de gestion des revenus et on mène une simulation en horizon roulant afin de comparer différentes approches intégrées de promesse de livraison. Les résultats de simulation soulignent l’efficacité d’une approche de promesse de livraison intégrant le sur-classement et les concepts de gestion des revenus, comparée aux pratiques communes utilisées pour satisfaire la demande dans un contexte de capacité limitée. En effet, le sur-classement s’avère significativement bénéfique s’il est associé aux concepts de gestion des revenus, vu que l’utilisation de limites de réservation empêche de proposer un sur-classement si le produit en question a été alloué à des commandes plus rentables. / This thesis addresses the need of softwood lumber firms operating in a supply-constrained environment and facing heterogeneous and seasonal market, to synchronize between the different business units of supply chain and to maximize profits. The objective is to develop and to evaluate new integrated demand management approaches for limited capacity contexts in a way to maximize profits and enhance the service level offered to high-priority customers. Our case study, inspired from softwood lumber manufacturers located in Eastern Canada, considers heterogeneous customers, divergent production processes and several mills considered as an MTS environment since operations and sales plans are driven by forecasts. In this thesis, we first define a multilevel decision framework in order to support mediumterm, short-term and real-time sales decisions. We propose a demand management process integrating sales and operations planning (S&OP) and revenue management (RM) concepts : we present a new mathematical formulation integrating an S&OP network model in the softwood lumber industry and an order promising model using nested booking limits. This formulation offers the possibility of changing decisions of how confirmed orders have to be fulfilled as late as possible, which we called order reassignment. Considering current demand management practices and existing IT-systems, we developed a simulationoptimization platform in order to evaluate the demand management process performance the benefits of integrating S&OP and RM concepts in various scenarios. Simulation results provide evidence of the value of integrating RM and S&OP and show that we can offer better service level to high-priority customers and higher profit margin compared to common demand management practices. The simulation-optimization platform is used, in a second step, to investigate how an integrated demand management process, that can be configured differently, can perform facing various order arrival sequences and market disturbances. For this purpose, we use relatively novel techniques – a space-filling design and Kriging metamodeling – in supply chain settings to address the impact of decision and environmental factors on the performance of the integrated demand management process. The simulation results affirm the use of nested booking limits can be a powerful tool to maximize revenues facing different environmental conditions. We also show how order arrival sequence can play a relevant role, especially with a high customer heterogeneity. In addition, as motivated by an industrial problem, we discuss the potential implications of the analysis presented for firms operating in supplyconstrained environments, such as Canadian softwood firms. As a third step, we investigate the benefits of integrating revenue management and product substitution in a manufacturing context. We particularly examine the situation when a higher quality substitute is provided at the original product’s price, which is called an upgrade. Upgrading is a common demand fulfillment practice in the Canadian softwood lumber industry. Thus, we generalize the order promising model using nested booking limits and we add a product dimension to enable product substitution. Then, we conduct a rolling horizon simulation in order to compare different demand fulfillment approaches. The simulation results demonstrate that integrating RM and upgrading achieves better performance than common demand fulfillment approaches in a limited capacity context. The value of upgrading is more significant when integrated with RM concepts since the use of nested booking limits prevents from doing unprofitable upgrades. Thus, inventories are preserved for future profitable orders.

Des semis mis en terre aux produits sciés, la création de richesse guide les efforts du sylviculteur, l'objectif étant de générer des revenus qui surpassent les coûts de plantation et d'entretiens. Au début de ce processus, le choix de la densité de reboisement constitue une étape décisive quant à l'évolution des caractéristiques dendrométriques et qualitatives des arbres. La taille de la plus grosse branche du premier « 5 m » de l'arbre est un élément important du déclassement visuel du bois de sciage, et peut être considérablement affectée par les scénarios sylvicoles. Cette étude a analysé l'influence de trois facteurs, que sont l'espacement initial, l'indice de qualité de station et la position sociale de l'arbre dans le peuplement, sur le grade du bois dans les plantations non éclaircies d'épinette blanche [Picea glauca (Moench) Voss], d'épinette noire [Picea mariana (Mill.) BSP] et de pin gris [Pinus banksiana Lamb] au Québec, Canada. L'objectif principal était d'acquérir une meilleure compréhension du lien entre la qualité future du bois scié et le choix de l'espacement initial des plantations. Un objectif secondaire était aussi de déterminer si un indice de qualité de station plus élevé et un statut social supérieur de l'arbre au sein du peuplement affectent les qualités de bois produites à partir de la première grume de 5 m à la base de la tige. Les traitements d'espacement initiaux comportaient une large gamme de densités de plantation, allant de 1111 à 4444 tiges ha-1. Un total de 2657 arbres provenant de 149 sites a été échantillonné, avec une moyenne d'âge de peuplement de 26 ans. La plus grosse branche ainsi que le statut ont été enregistrés pour le développement du modèle. L'analyse des données a alors permis d'identifier que la position sociale de l'arbre dans le peuplement (dominant, codominant, intermédiaire), l'indice du site et la densité du peuplement constituaient des variables clés affectant la taille de la branche, et donc, par voie de conséquence, impactaient les qualités du bois. Les résultats de l'étude ont aussi montré un taux de déclassement visuel plus élevé pour les planches de bois de petite dimension (c.-à-d. 2x4) que pour les planches plus grandes (2x6), toutes provenant de plantations de conifères au Québec, Canada. Enfin, il a été constaté davantage de déclassements pour le pin gris que pour les épinettes blanches et noires, en particulier lorsque la densité de plantation diminuait en dessous de 2000 tiges par ha.

Le litige du bois d'oeuvre entre le Canada et les États-Unis est la plus longue dispute commerciale de l'histoire de ces deux pays. Depuis la fin de l'Accord sur le bois d'oeuvre résineux le 31 mars 2001, le Department of Commerce des États-Unis (USDOC) a imposé des tarifs compensatoires et anti-dumping sur les exportations canadiennes de bois d'oeuvre vers les États-Unis. Les provinces maritimes, dont le Nouveau-Brunswick, ont cependant été épargnées des tarifs compensatoires. Étant donné l'importance du bois d'oeuvre canadien sur les marchés américains (33%-35% de la consommation américaine de bois d'oeuvre provient du Canada), ces tarifs pourraient créer des pressions à la hausse sur les prix du marché américain de bois d'oeuvre. L'impact des tarifs sur l'économie du Nouveau-Brunswick et les effets de cette dynamique sur les échanges commerciaux, ainsi que les impacts de scénarios alternatifs, sont analysés à l'aide d'un modèle d'équilibre général calculable appliqué au Nouveau-Brunswick. Après avoir décrit les spécificités du modèle utilisé, les résultats de simulations sur l'impact initial de l'imposition des tarifs (simulation un), du remplacement des tarifs par des taxes à l'exportation équivalentes (simulation deux) et du remplacement des tarifs par des restrictions aux exportations seront analysés sous différentes perspectives (structure de la production, échanges commerciaux, ménages, entreprises et administrations publiques). Dans tous les scénarios, la production et le produit intérieur brut augmentent dans les secteurs forestiers et des produits de bois, mais diminuent pour les secteurs de l'industrie et des administrations publiques. Pour les ménages, le revenu et la consommation globale augmentent dans chaque scénario. La consommation n'augmente cependant pas pour tous les types de produits dans les deux premiers scénarios. Les revenus des entreprises augmentent, principalement à cause de plus importantes rentes sur le capital en provenance du secteur des produits de bois. Les revenus des administrations publiques augmentent également, principalement à cause de la hausse du revenu des ménages et, dans le deuxième scénario, de l'imposition d'une taxe à l'exportation. Dans tous les cas, le déficit des administrations publiques est réduit. Dans tous les cas, la hausse des prix mondiaux de produits de bois engendrée par les tarifs compensatoires et anti-dumping sur les exportations canadiennes profite au secteur des produits de bois du Nouveau-Brunswick.

Depuis quelques années, l’industrie québécoise de production de bois d’œuvre opère dans un contexte économique difficile expliqué par plusieurs facteurs. Parmi ceux-ci, mentionnons notamment une plus forte concurrence sur les marchés internationaux, l’accès limité au marché américain résultant d’un conflit commercial, un dollar canadien fort, la présence de matériaux de substitution et la rareté croissante de la matière première ainsi que la diminution de sa qualité. Parmi les pistes de solutions les plus souvent évoquées, on trouve la mise en place de réseaux logistiques plus efficaces. L’industrie possède des outils permettant d’estimer l’augmentation de la production associée à l’achat d’un équipement. Cependant, ces outils ne considèrent généralement qu’une seule étape du procédé de production. Or, il est fréquent que la modification d’une étape du procédé de production affecte les autres également. De plus, la rentabilité globale de l’investissement dépendra de quelle façon la stratégie de production et de vente de l’entreprise sera ajustée suite à l’investissement. Par conséquent, nous proposons un cadre décisionnel permettant d’analyser l’impact combiné d’investissements au sein de plusieurs étapes de production, tout en définissant simultanément la meilleure stratégie de production et de vente. Alors que de manière classique, ces décisions sont prises de manière indépendantes, nous préconisons plutôt l’utilisation d’un modèle mathématique afin d’intégrer ces niveaux de décision. Le cadre proposé spécifie les étapes qui devraient être suivies par le décideur pour utiliser ce modèle mathématique; il comprend également modèle de données et des interfaces-utilisateur supportant l’analyse du décideur. Afin de s’assurer de l’applicabilité du cadre décisionnel proposé, deux études de cas ont été réalisées en industrie. Elles ont permis de montrer les avantages du cadre décisionnel et l’importance d’analyser les plans tactiques lors de la prise de décision d’investissement. De plus, ces études ont permis de mettre en évidence certaines embuches pouvant être rencontrées lors de l’application de la démarche.

Les décisions de localisation, de configuration et de définition des missions des centres de production et/ou de distribution sont des enjeux stratégiques pour le futur des entreprises manufacturières. La modélisation mathématique des réseaux logistiques a pour objectif de suggérer des décisions économiquement efficaces aux gestionnaires. Cependant, la transcription fidèle de ces enjeux en termes mathématiques conditionne la crédibilité et l’efficacité des solutions recommandées. Dès lors, l’élaboration de méthodologies réalistes apparaît être une des conditions de succès de toute formalisation. Cette thèse propose tout d’abord, une méthodologie générique réaliste de conception des réseaux logistiques pour les industries dont les procédés sont divergents. La méthodologie proposée est validée en l’appliquant à Virtu@l-Lumber, un cas virtuel mais réaliste de l’industrie du bois d’œuvre. Ensuite, une approche de positionnement par anticipation intégrant les préférences des clients est élaborée et expérimentée. Cette approche s’appuie sur un modèle de programmation stochastique avec recours. Au final, un modèle mathématique intégrateur combinant les concepts des deux méthodologies précédentes est formulé et son impact potentiel sur l’industrie du bois-d’œuvre est examiné à l’aide du cas Virtu@l-Lumber. / Strategic decisions on the location, the capacity, the layout, and the mission of production and distribution facilities are key drivers of manufacturing company’s competitiveness. The aim of supply chain design models is to recommend economically efficient decisions to the company’s administrator. The realism of the mathematical modeling of the aforementioned issues conditions the validity and the applicability of the prescribed solutions. The elaboration of realistic methodologies is thus one of the main success factors of decision support processes. This thesis first proposes a generic methodology to design the production-distribution network of divergent process industry companies. The approach is validated by applying it to Virtu@l-Lumber, a virtual but realistic case from the lumber industry. Second, an approach that takes into account market opportunities when designing production-distribution networks is proposed and tested. This approach is based on a stochastic programming with recourse model. Lastly, a mathematical model combining the two previous formulations is proposed and its potential impact on the lumber industry is investigated with the Virtu@l-Lumber case.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 juin 2023) / L'industrie des produits du bois évolue dans un contexte de forte compétition qui incite les scieries à se tourner vers des procédés plus agiles, tel que le séchage du bois en continu par micro-ondes, une technologie récemment brevetée. Cette technologie permet de corriger le séchage des planches une à la fois, par opposition au séchage classique par lot. L'intégration de ce séchage de précision à une ligne de finition traditionnelle complexifie toutefois la logistique de l'entreprise. En effet, bien que la technologie permette d'améliorer la qualité du bois, la surcharge de planches trop humides occasionne des goulots d'étranglement et une réduction de la productivité. Il est donc nécessaire de développer des systèmes décisionnels qui déterminent en temps réel si une planche humide doit passer au séchoir micro-onde afin d'améliorer sa qualité ou continuer son chemin vers la fin de la ligne de finition. Ce projet consiste à concevoir et à évaluer des algorithmes de prises de décisions en temps réel sur une ligne de finition afin de maximiser la valeur générée par unité de temps. Compte tenu de l'aspect séquentiel des décisions (chaque décision affecte les taux actuels et futurs d'occupation des différents équipements, la qualité du bois et la productivité de l'usine), l'apprentissage par renforcement est utilisé. Dans ce sous-domaine de l'intelligence artificielle, les algorithmes apprennent des politiques décisionnelles optimales, pour une fonction objectif donnée, par interaction avec leur environnement à travers un processus « d'essais-erreurs ». Nous montrons le potentiel de l'apprentissage par renforcement à travers un modèle de simulation imitant le contexte fortement dynamique des scieries. Les politiques d'apprentissage par renforcement apprises ont permis d'augmenter la productivité d'au moins 19% par rapport à une heuristique semblable à celles utilisées actuellement en industrie. Ces politiques sont aussi relativement robustes aux perturbations soudaines qui peuvent survenir dans l'environnement. / The wood products industry is evolving in a context of strong competition encouraging sawmills towards more agile processes such as continuous wood drying using microwaves, a recently patented technology. This technology makes it possible to correct wood drying one plank at a time as opposed to traditional batch drying. However, the integration of this precision drying process into traditional finishing operations complicates sawmill's logistics. Although the technology improves wood quality, the overload of wet lumber causes bottlenecks and a reduction of productivity. It is therefore necessary to develop new decision-making systems to determine in real time whether wet lumber should be microwaved to improve its quality or continue on its way towards the end of the finishing line. This project consists of designing and evaluating real-time decision-making algorithms on a finishing line in order to maximize the value generated per unit of time, a constant challenge in the Canadian wood products industry. Considering the sequential aspect of decisions (each decision affects current and future occupancy rates of different equipment, wood quality and plant productivity), reinforcement learning (RL) is used. In this subfield of artificial intelligence, algorithms learn optimal decision sequences by interacting with their environment through a "trial and error" process. We show the potential of RL through a simulation model mimicking the real and highly dynamic factory context. RL policies learned increase productivity on wet lumber by at least 19% compared to the heuristic currently used in industry. These policies are also relatively robust to sudden disturbances that may occur in the system.

Le bouleau à papier (Betula papyrifera Marsh.) est une alternative intéressante aux espèces nobles traditionnellement utilisées par l’industrie du sciage des bois feuillus québécoise et canadienne. Sa transformation en produits d’apparence confère une importance à la couleur de son bois. Son bois d’aubier de couleur pâle et homogène contraste avec la présence d’un bois de cœur traumatique, d’un brun-rougeâtre plus foncé. L’objectif principal de ce projet de doctorat était de déterminer la variabilité intra-spécifique de la coloration du bois de bouleau à papier, de mieux comprendre les sources de cette variabilité à l’échelle inter-arbre et intra-arbre, et de mesurer son impact sur la qualité et la valeur des sciages produits. L’objectif spécifique était de caractériser objectivement la couleur de l’aubier et du bois coloré en utilisant les valeurs colorimétriques L*a*b* et d’analyser l’effet de l’âge, du diamètre et de la vigueur des tiges ainsi que de la qualité et de la hauteur des billes sur ces valeurs colorimétriques et sur la proportion de bois coloré dans les planches. Un autre objectif spécifique était d’analyser l’impact de l’âge, du diamètre et de la vigueur des tiges sur les rendements en valeur et en qualité des sciages. L’analyse colorimétrique des sciages de 122 tiges de bouleau à papier provenant de deux peuplements de la région des Hautes-Laurentides, a été rendue possible par l’utilisation d’un système de vision artificielle automatisé. Un total de 2284 sciages a été étudié. En considérant l’ensemble de ces planches, une moyenne de 32.4 % de bois coloré par planche a été obtenue. Parmi les variables étudiées dans cette étude, seuls le diamètre et la vigueur des tiges ont eu un effet significatif sur la proportion de bois coloré. Les arbres ayant un plus fort diamètre ont produit les planches aux plus fortes proportions de bois coloré. L’âge n’a pas eu une influence assez forte pour être significative dans le modèle statistique. Les tiges les moins vigoureuses ont présenté une moyenne de 45,32 % de bois coloré par planche, celles de vigueur intermédiaire ont obtenu une moyenne de 30,78 % alors que les tiges les plus vigoureuses ont présenté en moyenne 15,47% de coloration. La qualité des billes ainsi que leur hauteur dans l’arbre n’ont pas eu d’impact significatif sur la proportion de bois coloré. Ces résultats suggèrent que des traitements sylvicoles favorisant la rétention de tiges vigoureuses et des révolutions de récolte plus courtes permettraient d’éviter une trop grande proportion de bois coloré dans les sciages. Des différences significatives entre les valeurs de L*a*b* du bois coloré et du bois clair ont été obtenues suite aux analyses colorimétriques. La luminosité (L*) s’est avérée comme étant le meilleur indicateur de changement de la couleur du bois de bouleau à papier. Les valeurs colorimétriques ont été principalement affectées par l’âge et le diamètre des tiges ainsi que la position des billes dans l’arbre et la qualité des billes. Toutefois, l’impact de ces variables sur les paramètres L*a*b* n’a pas été constant et a varié d’un paramètre à l’autre. Lorsque la valeur et la qualité des produits ont été analysées, de façon générale, des rendements en qualité NHLA assez faibles ont été obtenus : 60,3% de la superficie des sciages a été classée dans la classe de qualité No.2A Commun et dans les classes inférieures. Lorsque sélectionnées pour la couleur, la moitié de la superficie des planches étudiées a été classée dans la catégorie aubier, 4% des superficies ont été classées rouge alors que pour des superficies 28% l’aubier et le bois coloré étaient présents simultanément. L’impact de l’âge, du diamètre et de la vigueur de tiges sur la qualité et la valeur des planches a été analysé. Les résultats ont démontré que le diamètre des tiges a eu l’impact le plus important sur ces classements. Les tiges de dimensions plus fortes ont fourni des sciages de qualité supérieure et de plus grande valeur. La vigueur des tiges a eu un impact significatif sur la valeur des produits obtenus mais peu sur leur qualité. Les tiges les plus vigoureuses ont obtenu la plus grande valeur des planches avec une moyenne de 316.62 $/m³. Les tiges de vigueur moyenne, classées S et C, ont obtenu des moyennes respectives de 218.28$/m³ et 251.84 $/m, alors que les tiges les moins vigoureuses ont présenté la plus faible moyenne soit 165.94$/m³. L’âge des tiges a influencé dans le même sens que le diamètre ces classements valeur, mais pas aussi fortement. Ces résultats suggèrent que pour maximiser la valeur des sciages, il faudrait viser l’obtention de tiges de plus fort diamètre, possiblement par de plus longues révolutions. L’analyse des effets aléatoires a permis de discerner la variabilité inter-planche comme étant la plus importante source de variation, elle a été suivie de la variabilité inter-arbre et dans une moindre mesure de la variabilité inter-bille. La variabilité inter-peuplement n’a eu aucun effet significatif. / The availability of high quality hardwood timber has become critical for furniture and other appearance products industries over the past years. The broad distribution of paper birch (Betula papyrifera Marsh.), as well as the good aesthetic and physical characteristics of its wood, make it an interesting alternative to the high-value species traditionally used by the Québec hardwood sawmilling industry. Its pale and homogeneous sapwood is appreciated for many indoor uses. However, paper birch grows a false heartwood, also called discolored wood or red heartwood, contrasting in coloration with the surrounding sapwood. This difference in shade is not appreciated by the appearance wood products industry where in general homogeneous color products are desired. The main objective of this study is to define the limits of variability of paper birch wood color, to better understand its sources of variation, and to measure its impact on lumber products value and quality. More specifically, the aim of the research is to characterize objectively the color of its sapwood and discolored wood using L*a*b* values and to analyze the effects of tree age, diameter and vigor, as well as log height class and log quality, on these wood colorimetric values and on the proportion of discolored wood in boards. Another specific objective is to assess the impact of tree age, diameter and value on grade recovery, board color classification and lumber value. Results are based on 122 paper birch trees harvested in two different stands, from which logs of sawing quality have been sawn into 2284 boards. Trees were classified according to the MSCR tree classification system. The colorimetric analysis was performed on board images acquired by an industrial scanner developed for the appearance products industry. An image processing software, developed for the scanner was used to view these digital images on which defects have been automatically detected, to process them and to collect colorimetric information. The software was used to measure the proportion of every board surface belonging to sapwood and discolored wood regions. An average percentage area of 32.4 % of discolored wood on boards was obtained when considering all boards. Tree diameter and tree vigor significantly influenced the proportion of discolored wood in boards whereas the effect of tree age was not strong enough to have a significant influence in the model. Larger trees presented more board discoloration. Less vigorous trees showed a mean percentage area of 45.32 % compared to middle vigor classes and most vigorous trees which obtained a mean percentage area of 30.78% and 15.47 %, respectively. Neither log quality nor log height class had a significant effect on the proportion of discolored wood on the board surfaces. Results from this part of the study suggest shorter rotations as well as silvicultural treatments that can improve tree vigor to limit the presence of discolored wood in boards. Colorimetric results showed significant differences between L*a*b* values when comparing sapwood and discolored wood. The luminosity (L*) parameter appears as the best indicator of color changes in paper birch wood. These wood colorimetric values were mostly affected by tree age and tree diameter, but their effects on every colorimetric parameter were variable. Log quality and log height class also had a significant effect on some of the wood colorimetric variables, but once again their impact was variable which makes it hard to dress any clear general conclusions. Regarding board quality and value, paper birches of this study yielded a high proportion of low-grade lumber according to the NHLA rules; 60.3% of the total board surface area belonged to #2A Common and lower quality categories. Results showed that tree diameter was the most important variable affecting these outputs. Larger trees were associated with higher board quality and higher lumber value per tree. Lumber value per tree was as well influenced by tree vigor but not by tree age. Most vigorous trees (R) produced higher board values with an average of 316.62 $/m³, middle vigor S and C classes showed averages of 218.28$/m³ and 251.84 $/m³ while the less vigorous trees had the lowest average with 165.94$/m³. When selected for color, 50% of the board surface area fell under the sap category, while 28% was classified as regular presenting simultaneously both colorations and finally only 4% of the board area was classified as red. It was found that the most important variable affecting board color distribution were tree vigor and tree diameter whereas tree age had also a significant but lesser impact. In general, older, larger and less vigorous trees tended to present higher proportions of boards classified in the red category. Finally the results obtained in this study are favoring longer harvesting rotations in order to produce large trees that can be transformed in higher value and quality boards. The analysis of the random effects throughout the study demonstrated that most of the total random variance of the dependent factors came mostly from the between board variation, but also from the between tree variation and to a lesser extent from the between log variations. No site effect was found to be significant.

Le développement des peuplements dans différentes conditions écologiques de la pessière noire et la hiérarchie des arbres selon divers étages dans un peuplement (dominant, codominant ou dominé) influencent autant la forme que l’accroissement des tiges en diamètre et en hauteur. Les caractéristiques des tiges influent directement sur le volume et la qualité des produits du sciage. Les objectifs de cette recherche consistaient donc à évaluer la qualité des tiges et le rendement en sciage selon les conditions spécifiques de croissance des peuplements et des arbres. Il s’agissait aussi de construire un modèle raffiné qui décrit avec précision les relations entre la densité du peuplement, les conditions de croissance des arbres, leur accroissement sur différentes stations, les propriétés mécaniques du bois ainsi que la qualité et la valeur des produits. Des arbres (180) prélevés dans deux peuplements naturels (1) Alno rugosae - Piceetum marianae qui constitue un site riche, IQS ≈ 11 m à 50 ans (secteur Tembec) et (2) Ledo groenlandici - Piceetum marianae qui est qualifié de site pauvre, IQS ≈ 6 m à 50 ans (secteur Norbord) présentant différentes caractéristiques (âge, diamètre, position des tiges) ont été étudiés. La proportion et la fréquence des défauts tels que les courbures et le défilement ont été évaluées sur les troncs entiers. Les propriétés mécaniques du bois (MOE et MOR) ainsi que les défauts avant et après le séchage ont été déterminés directement sur chacun des sciages obtenus (1500). L’espace vital dont dispose chaque arbre pour croître a été quantifié grâce à un indice proposé. Cet indice de compétition (IC), permet de mettre en évidence la compétition que subit un arbre et de rendre possible les comparaisons avec les caractéristiques du bois. Les analyses statistiques ont en effet démontré que l’IC devient la principale variable pour expliquer les caractéristiques des arbres, le volume de bois récolté et la valeur des produits. Il s’agit donc d’élaborer un système cohérent de relations et d’équations qui traduit adéquatement la productivité en fonction de ces diverses propriétés. Cette recherche contribue aux domaines de l’aménagement des forêts et de la technologie du bois. Les résultats obtenus indiquent que les propriétés mécaniques du bois récolté dans le secteur Norbord sont nettement supérieures à celles du bois du secteur Tembec. Le MOE moyen pour toutes les pièces de sciage du secteur de Norbord atteint 13,4 GPa contre 11,2 GPa pour le bois provenant du secteur Tembec. De même, le MOR est évalué à 64,3 MPa et à 48,7 MPa respectivement pour les secteurs Norbord et Tembec. Toutefois, le volume total des produits dans le secteur Tembec se trouve à être 3,5 fois plus élevé que dans le secteur Norbord : 43,0 m3/ha (18,2 Mpmp/ha) pour Norbord et 150,5 m3/ha (63,8 Mpmp/ha) pour Tembec. En conséquence, la valeur totale par hectare ($/ha) des bois récoltés sur le territoire de Tembec (16 012 $) représente trois fois la valeur du bois de l’autre secteur (5 514 $) même si le prix par unité de volume est plus avantageux pour le bois de Norbord. / The development of black spruce stands under various ecological conditions and the hierarchy of the trees according to various heigths in a stand (dominant (over story) or dominated (under story)) influence the stem form and increment (growth rate). Stems characteristics influence directly the volume and the quality of the products. Therefore, the objectives of this research were: (1) to evaluate the quality of the stems and the yield in sawing according to specific conditions of growth of the stands and the trees; (2) to build a suitable model which describes the relationships among stand density, trees growth conditions, trees growth on various sites, mechanical properties as well as wood quality and value. Trees (180) taken in two natural stands (1) Alno rugosae – Piceetum marianae which constitute a rich site, SI ≈ 11 m at 50 years (Tembec site) and (2) Ledo groenlandici – Piceetum marianae which is described as poor site, SI ≈ 6 m at 50 years (Norbord site) showing various characteristics (age, diameter, stem position) were studied. The proportion and frequency of the defects such as curves and taper were evaluated on the entire bole. Wood mechanical properties (MOE and MOR) and defects before and after drying were directly determined for each piece of lumber (1500). The space available to each tree to grow was quantified with a new index. The index of competition (IC), characterizes the competition a tree undergoes and enables comparisons with wood characteristics. The statistical analyses indeed showed thad the IC become the principal variable to explain the characteristics of the trees, the volume of harvested wood and the value fo the products. Thus, the methodology consisted to elaborate a coherent system of equations which adequately reflects the productivity according to these various properties. This research contributes both to the fields of forest management and wood technology. The results obtained indicate that the mechanical properties of the lumber obtained in the Norbord site are definitely higher compared to lumber obtained from the Tembec site. The average MOE for lumber of the Norbord site reaches 13,4 GPa compared to 11,2 GPa for wood coming from the Tembec site. Thus, the MOR is estimated to 64,3 MPa and 48,7 MPa respectively for the Norbord and Tembec sites. However, the total volume of the products in the Tembec site is 3,5 times higher than in the Norbord site : 43,0 m3/ha (18,2 Mpmp/ha) for Norbord and 150,5 m3/ha (63,8 Mpmp/ha) for Tembec. Consequently, the total value per hectare ($/ha) of wood collected on the territory of Tembec (16 012 $) represents threefold the value of the lumber of the other site (5 514 $) even if the price per unit volume is more advantageous for the lumber of Norbord.