Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Dans un premier volet de recherche, la qualité de surface et l'adhésion d'un verni sur du bois de bouleau blanc raboté selon deux procédés d'usinage ont été évaluées. Pour le rabotage hélicoïdal transversal, l'effet de l'épaisseur de coupe n'a eu aucun effet significatif sur la qualité de surface ni sur l'adhésion. L'épaisseur de coupe n'a eu non plus aucun effet significatif pour la coupe rotative. Par contre, une augmentation de la vitesse d'avance en coupe rotative entraîna une augmentation de la rugosité et de la mouillabilité de surface. Cette vitesse n'a toutefois pas affecté la performance du vernis. La microscopie électronique à balayage environnemental n'a montré aucun écrasement cellulaire pour les échantillons rabotés en coupe hélicoïdale. En revanche, la coupe rotative a produit un léger endommagement cellulaire, sous forme de rayons fléchis et de fibres déformées. Cet endommagement expliquerait pourquoi la performance du vernis fut moindre en coupe rotative qu'en coupe hélicoïdale. Les meilleures conditions de coupe de ces deux procédés ont été ensuite sélectionnées pour réaliser un deuxième volet de recherche. Dans ce second volet, les deux procédés ont donc été comparés avec le ponçage de finition. Deux types de revêtement furent appliqués sur les surfaces, l'un à base de solvant et l'autre à base d'eau. Le rabotage hélicoïdal a produit la rugosité la plus élevée, la fibrillation la plus faible, la meilleure mouillabilité et une bonne adhésion des vernis après vieillissement. La coupe rotative a généré une rugosité et une fibrillation intermédiaires, un léger endommagement cellulaire, la mouillabilité la plus faible et une bonne adhésion des vernis avant vieillissement. Le ponçage a produit la plus faible rugosité, la fibrillation et l'endommagement cellulaire les plus élevés, une mouillabilité intermédiaire et une bonne adhésion avant vieillissement. La coupe hélicoïdale s'avérerait la meilleure à long terme puisque les propriétés d'adhésion ont moins diminué suite au vieillissement. Une bonne fibrillation et l'absence d'écrasement cellulaire semblent favoriser l'étalement et la pénétration des revêtements dans le bois. Ce procédé peut donc remplacer favorablement le ponçage. La coupe rotative, quant à elle, fourni un rendement équivalent au ponçage bien qu'elle puisse être encore améliorée en augmentant l'angle d'attaque.

Les revêtements à haute teneur en solide cuits aux ultraviolets sont présentement utilisés par la très grande majorité des industries produisant des couvre-planchers en bois pré-vernis. Leurs propriétés mécaniques exceptionnelles, de même que leur vitesse de cuisson nettement plus élevée que celle des autres types de revêtements, expliquent leur grande popularité. Or, il est possible d’obtenir des propriétés mécaniques, entre autres, encore plus impressionnantes par l’addition de différents renforts. Dans ce projet, des oxydes métalliques nanométriques (oxyde d’aluminium et oxyde de zirconium) de même que des argiles modifiées avec des groupements organiques ont été ajoutés à une formulation acrylate typique de l’industrie des revêtements de couvre- planchers en bois. Les nanoparticules ont été ajoutées et dispersées dans cette formulation à l’aide de différents appareils de dispersion : mélangeur haute vitesse, moulin à billes (bead mill), moulin à balles (ball mill) et moulin trois rouleaux (three roll mill). Suite à la préparation des revêtements nanocomposites, la taille des particules dans la matrice polymère a été étudiée à l’aide de différents appareils. Pour les oxydes métalliques, la diffusion dynamique de la lumière a été utilisée. Pour ce qui est argiles, la diffraction des rayons X aux petits angles a quant à elle été employée. Dans les deux cas, nous avons eu recours à la microscopie électronique à transmission afin de supporter ces données. Quelques essais supplémentaires tels des mesures de stabilité et de viscosité sont aussi venus supporter les résultats obtenus. L’addition de nanoparticules affecte généralement la cuisson des revêtements UV. La spectroscopie infrarouge en temps réel (RT-FTIR) de même que la photo-calorimétrie (photo-DSC) ont été employées afin d’étudier les changements apportés à la cuisson suite à l’addition de nanoparticules. Finalement, les propriétés optiques (brillance, voile, couleur et clarté optique) et mécaniques (dureté, résistance à l’abrasion, résistance à l’égratignure, résistance à l’impact et à l’impact inverse) des différentes formulations ont été étudiées. Pour les formulations préparées à base d’argile, une analyse de variance (ANOVA) a été réalisée afin de vérifier si la concentration de l’argile de même que la façon dont celle-ci a été ajoutée à la formulation de base affectent les propriétés finales des revêtements. / Radiation curable coatings are presently the standard in the wood flooring industry. Their great properties paired with their fast curing explain why they are now the most used coatings for prefinished wood flooring. Although important improvements can still be brought to these coatings. During the last years, nanoparticles have gained increasing interest in the thermoplastic industry. It could lead to similar results for the thermoset materials. In this project, metal oxides (alumina and zirconia) and clay nanoparticles were added in a typical UV acrylate formulation for wood flooring. This formulation was chosen mostly for its wear resistance, low yellowing and fast curing. Nanoparticles were added in the acrylate formulation by different techniques (high speed mixing, ball milling, bead milling and three roll milling). Then, particle size characterization was performed. Different techniques were employed according to the nanoparticles studied (metal oxides or clay). Microscopic experiments were also performed with an aim of supporting these results. Then, nanoparticles and coupling agents addition effects on curing (speed and percentage of curing) were studied by photo-calorimetry (photo-DSC) and real-time infrared spectroscopy (RT-FTIR). Mechanical properties (hardness, adhesion, scratch resistance, wear resistance, direct and reverse impact resistance) were evaluated. Optical properties (color, gloss, haze and optical clarity) were also assessed. For clay-based coatings, an analysis of variance (ANOVA) was performed in order to determine if clay loading and clay dispersion affect the mechanical and optical properties.

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 marché industriel requiert une production de qualité à des prix compétitifs, comme c’est le cas dans l’industrie du rabotage de bois. L’impact des temps d’arrêt sur la productivité est un phénomène complexe et la maîtrise de ce phénomène constitue toujours une avancée pour les industriels. L’objectif de ce mémoire est d’analyser et d'identifier les causes spécifiques de la dégradation de la performance du procédé de rabotage. Le processus de résolution de problèmes proposé dans notre étude est inspiré de la démarche DMAIC (Définir, Mesurer, Analyser, Innover, Contrôler) de Six Sigma. L'application de la démarche DMAIC dans notre étude a révélé que 80% de la non-performance est occasionnée par des arrêts non planifiés des machines. Afin de remédier à cette problématique, il faut contrôler la qualité des intrants et éliminer les dysfonctionnements de la ligne de production. Cela doit passer par la mise en place d'une stratégie de maintenance préventive basée sur la fiabilité. / The industrial market requires a good quality production with competitive prices; this is the case in the wood planing industry. The downtime impact on productivity is a complex phenomenon, and understanding this phenomenon represents a real challenge for industrials. The main goal of this thesis is to analyse and identify the specific causes of the planing process performance degradation. The process put forward in our study is inspired by the DMAIC approach (Define, Measure, Analyze, Improve, Control) of Six Sigma. The use of the DMAIC approach in our study showed that 80% of non-performance is due to the unscheduled downtime of machines. To solve this issue, it is essential to eliminating the not quality of the inputs and dysfunctions of the production line and this should be done by implementing a preventive maintenance strategy; Reliability Centered Maintenance (RCM).