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 bois subit une demande croissante comme matériau de construction dans les bâtiments de grandes dimensions. Ses qualités de matériau renouvelable et esthétique le rendent attrayant pour les architectes. Lorsque comparé à des produits fonctionnellement équivalents, il apparait que le bois permet de réduire la consommation d’énergie non-renouvelable. Sa transformation nécessite une quantité d’énergie inférieure que l’acier et le béton. Par ailleurs, par son origine biologique, une structure en bois permet de stocker du carbone biogénique pour la durée de vie du bâtiment. Maintenant permis jusqu’à six étages de hauteur au Canada, les bâtiments de grande taille en bois relèvent des défis de conception. Lors du dimensionnement des structures, les zones des connecteurs sont souvent les points critiques. Effectivement, les contraintes y sont maximales. Les structures peuvent alors apparaitre massives et diminuer l’innovation architecturale. De nouvelles stratégies doivent donc être développées afin d’améliorer la résistance mécanique dans les zones de connecteurs. Différents travaux ont récemment porté sur la création ou l’amélioration de types d’assemblage. Dans cette étude, l’accent est mis sur le renforcement du bois utilisé dans la région de connexion. L’imprégnation a été choisie comme solution de renfort puisque la littérature démontre qu’il est possible d’augmenter la dureté du bois avec cette technique. L’utilisation de cette stratégie de renfort sur l’épinette noire (Picea Mariana (Mill.) BSP) pour une application structurale est l’élément de nouveauté dans cette recherche. À défaut d’effectuer une imprégnation jusqu’au coeur des pièces, l’essence peu perméable de bois employée favorise la création d’une mince couche en surface traitée sans avoir à utiliser une quantité importante de produits chimiques. L’agent d’imprégnation est composé de 1,6 hexanediol diacrylate, de triméthylopropane tricacrylate et d’un oligomère de polyester acrylate. Une deuxième formulation contenant des nanoparticules de SiO2 a permis de vérifier l’effet des nanoparticules sur l’augmentation de la résistance mécanique du bois. Ainsi, dans ce projet, un procédé d’imprégnation vide-pression a servi à modifier un nouveau matériau à base de bois permettant des assemblages plus résistants mécaniquement. Le test de portance locale à l’enfoncement parallèle au fil d’un connecteur de type tige a été réalisé afin de déterminer l’apport du traitement sur le bois utilisé comme élément de connexion. L’effet d’échelle a été observé par la réalisation du test avec trois diamètres de boulons différents (9,525 mm, 12,700 mm et 15,875 mm). En outre, le test a été effectué selon un chargement perpendiculaire au fil pour le boulon de moyen diamètre (12,700 mm). La corrélation d’images numériques a été utilisée comme outil d’analyse de la répartition des contraintes dans le bois. Les résultats ont démontré une portance du bois plus élevée suite au traitement. Par ailleurs, l’efficacité est croissante lorsque le diamètre du boulon diminue. C’est un produit avec une valeur caractéristique de la portance locale parallèle au fil de 79% supérieure qui a été créé dans le cas du test avec le boulon de 9,525 mm. La raideur du bois a subi une augmentation avoisinant les 30%. Suite au traitement, la présence d’une rupture par fissuration est moins fréquente. Les contraintes se distribuent plus largement autour de la région de connexion. Le traitement n’a pas produit d’effet significatif sur la résistance mécanique de l’assemblage dans le cas d’un enfoncement du boulon perpendiculairement au fil du bois. De même, l’effet des nanoparticules en solution n’est pas ressorti significatif. Malgré une pénétration très faible du liquide à l’intérieur du bois, la couche densifiée en surface créée suite au traitement est suffisante pour produire un nouveau matériau plus résistant dans les zones de connexion. Le renfort du bois dans la région des connecteurs doit influencer le dimensionnement des structures de grande taille. Avec des éléments de connexion renforcés, il sera possible d’allonger les portées des poutres, multipliant ainsi les possibilités architecturales. Le renfort pourra aussi permettre de réduire les sections des poutres et d’utiliser une quantité moindre de bois dans un bâtiment. Cela engendrera des coûts de transport et des coûts reliés au temps d’assemblage réduits. De plus, un connecteur plus résistant permettra d’être utilisé en moins grande quantité dans un assemblage. Les coûts d’approvisionnement en éléments métalliques et le temps de pose sur le site pourront être revus à la baisse. Les avantages d’un nouveau matériau à base de bois plus performant utilisé dans les connexions permettront de promouvoir le bois dans les constructions de grande taille et de réduire l’impact environnemental des bâtiments. / Wood experiences a growing demand as a construction material in tall buildings. Its aesthetic qualities and the fact that it is a renewable material make it attractive for architects. When compared to functionally equivalent products, it appears that the wood decreases non-renewable energy consumption and total energy demand. Plus, wood carbon storage can reduce the environmental footprint of buildings when compared to steel or concrete. Now allowed up to six stories high in Canada, tall wood buildings are matter for important design challenges. When designing structures, the connector areas are often the critical points. Indeed, the stresses are highest there. Thus, the structures tend to appear massive and to reduce architectural innovation. New strategies need to be developed to improve the mechanical strength in the connector zone. Various studies have recently brought on creating or improving assembly type. In this study, the aim is to target the material used in the connection area by reinforcing it. The impregnation was chosen as the strengthening solution since the literature demonstrates that it is possible to increase the wood hardness with this technique. The use of this treatment on black spruce (Picea Mariana (Mill.) BSP) as a structural application is the novelty element in this research. Despite a full piece impregnation, the low permeability wood species helped to create a thin layer of densified surface without having to use a large quantity of chemicals. A vacuum-pressure impregnation process was used to develop a new wood-based material more performant in assemblies. The impregnation agent was composed of 1,6 hexanediol diacrylate, trimethylolpropane tricacrylate and of a polyester acrylate oligomer. A second formulation containing SiO2 nanoparticles allowed to verify the effect of the nanoparticles on the treatment. The dowel-bearing strength test was performed to determine the contribution of the treatment on the wood used as a connector element. The scale effect was observed by performing the test with three different diameters of bolts (9.525 mm, 12.700 mm and 15.875 mm). In addition, the test was carried out according to a load applied in the perpendicular to grain direction for the mean diameter of bolt (12.700 mm). The digital image correlation was used while executing the dowel-bearing test as an analytical tool to compare the differences between strain fields before and after the reinforcement treatment. Results have shown higher bearing strengths after treatment. Furthermore, the efficiency was increased more the bolt diameter decreased. The best results were defined as a 79% greater dowel bearing strength for the characteristic value using the bolt of 9.525 mm. The stiffness of treated wood was higher of approximately 30%. Better mechanical performances after treatment are associated to the increase of density giving by the polymerization of formulation at the border of the bolt hole. Change in dowel bearing strength was almost nonexistent for the perpendicular to grain orientation. Low depth penetration due to the wood anatomy limiting the permeability in the perpendicular to grain direction caused this phenomenon. For the treated sample, the presence of a cracking failure was less common. With the digital image correlation analysis, the strains were found to be distributed more widely around the connection area. Also, no significant differences were found in the samples treated with and without nanoparticles. A slightly lower chemical retention was observed for the treated with nanoparticles sample group due to the accumulation of nanoparticles acting as a barrier at wood surface. Normally, this could lead to better densification of the external layer of the wood, but in this case mechanical performances were the same. There is no need to add nanoparticles and increase the cost of chemicals. Despite a very low penetration of the liquid inside the timber, the densified layer created at wood surface is suitable to produce a new, strong material in the connecting areas. The reinforcement of wood in connectors region could influence the design of large structures. With strengthen connection elements, it would be possible to extend the beams spans, thus multiplying the architectural possibilities. The reinforcement could also reduce the sections of beams and decrease the need in construction materials. This would result in diminished transport costs and faster assembly times. In addition, a fewer quantity of connector elements could be needed, reducing the supply costs in metal elements as well. The outcomes of a new and more efficient wood-based material used in connections would promote wood in tall buildings while helping to lower the environmental impact of buildings.