Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 23 février 2006). Bibliogr.

Les composés phénoliques des ramilles du bouleau jaune extraits à l'acétone/eau (70/30 v/v) et ses fractions ont été étudiés par chromatographie liquide à haute performance (CLHP). De plus, la capacité antioxydante de ces extraits a été déterminée à température ambiante et aux températures élevées. La capacité antioxydante à la température ambiante a été examinée en utilisant deux méthodes basées sur la réactivité des extraits avec un radical libre, stable en solution, le 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyle (DPPH). La calorimétrie différentielle (DSC) et la thermogravimétrie (TG) ont été employées pour l'étude de la capacité antioxydante des extraits à haute température. Un antioxydant synthétique, couramment utilisé dans l'industrie alimentaire et cosmétique, le BHT (2,6-di-ter-butyl-4-methyl-phenol) a servi de référence afin de valider le réel potentiel antioxydant des extraits phénoliques étudiés. L'analyse chimique par CLHP a indiqué la présence de l'eugénol, du thymol, de l'acide salicylique, du salidroside, du guaïacol, de l'épicatéchine, de la vanilline et de la taxifoline dans les extraits. L'eugénol, le thymol, l'acide salicylique, le guaïacol, l'épicatéchine, la vanilline et la taxifoline n'avaient jamais été identifiés précédemment dans les extraits de ramilles de bouleau jaune. En particulier, le thymol et la taxifoline sont de nouveaux composés identifiés pour le genre Betula. Parmi les échantillons, la fraction à l'acétate d'éthyle et la fraction aqueuse sont les plus efficaces d'un point de vue capacité antioxydante à température ambiante. En revanche, la fraction à l'éther et l'extrait brut ont montré une activité antioxydante plus élevée à de hautes températures. L'antioxydant BHT a montré le meilleur comportement antioxydant dans la plupart des essais effectués, sauf dans la méthode cinétique avec le DPPH. Les résultats de cette étude confirment l'importance d'examiner la capacité antioxydante en employant des méthodes diverses dans différentes conditions expérimentales. / The phenolic constituents of the aqueous acetone extract (70/30, v/v) and its fractions obtained from yellow birch twigs were studied by using high-performance liquid chromatography (HPLC). Additionally, the antioxidant capacity of the studied extracts was determined at ambient and at elevated temperatures. The antioxidant capacity of the extracts at room temperature was studied using l,l-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) based methods. Differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG) were used to evaluate antioxidant capacity of the extracts at high temperatures. The commercial antioxidant 2,6-diter-butyl-4-methyl-phenol (BHT), commonly used in food and cosmetic industries, was used as antioxidant reference. The HPLC analysis revealed the presence of eugenol, thymol, salicylic acid, salidroside, guiacol, epicatechine, vanillin and taxifoline in the natural extracts. Some of them have not been reported previously neither for yellow birch nor for others birch species. Among samples, the ethyl acetate and aqueous fractions exhibited the highest antioxidant capacity at ambient temperature. The ether fraction and crude extract showed the highest antioxidant activity at high temperatures. BHT exhibited the best antioxidant behavior in most of the reported tests, except in the kinetic method with DPPH. The results of this study confirm the importance of testing the antioxidant capacity by using different methods under various experimental conditions.

Dans un contexte de réchauffement climatique, il est prédit que les aires de répartition des espèces autant végétales qu’animales se déplaceront plus au nord ou vers de plus hautes élévations. Cependant, cette prédiction présume que le climat est la variable clé qui détermine la limite de répartition des espèces. Puisque plusieurs autres facteurs environnementaux tels que les interactions biotiques, la topographie et les caractéristiques du sol peuvent aussi contrôler les limites de répartition des espèces ; départager l’effet de ces facteurs environnementaux de l’effet du climat quant à contrôler les limites de répartition des espèces permettra de mieux comprendre l’impact du réchauffement climatique sur les espèces et d’affiner les prédictions sur le déplacement futur des aires de répartition des espèces. Ce mémoire évalue le rôle que joue le climat quant à déterminer la croissance radiale à limite de répartition supérieure de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et du bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.) le long d’un gradient d’élévation au parc national du Mont-Mégantic. Si le climat est le facteur principal contrôlant la croissance à limite de répartition supérieure de ces deux espèces, nous prédisons qu’à haute élévation, la sensibilité de la croissance face au climat devrait être plus forte qu’à basses élévations. Pour tester cette prédiction, 62 érables à sucre et 72 bouleaux jaunes ont été échantillonnés le long de quatre flancs de montagne couvrant ainsi l’aire répartition de chacune des deux espèces. Chaque site d’échantillonnage était séparé par 50 mètres d’élévation et à chaque site, trois arbres par espèces appartenant à trois différentes classes de diamètres soit petit (15-25 cm), moyen (29-35 cm) et grand (> 40 cm), ont été échantillonnés lorsque présents. À l’aide de méthodes dendroécologiques, des modèles de croissance-climat qui corrèlent chaque cerne de croissance d’un arbre à des variables climatiques de l’année courante et de l’année d’avant sa formation ont été développés. De cette façon, il a été possible de quantifier le niveau de sensibilité de la croissance face au climat pour chacun des arbres. Pour l’érable à sucre, les résultats ont montré que la sensibilité de la croissance au climat diminuait aux limites de répartitions et était maximale à moyennes élévations. Pour le bouleau jaune, la sensibilité au climat n’a pas varié de manière significative avec aucune des variables testées (élévation, topographie, indice de compétition). Spécifiquement, les températures maximales d’été affectent négativement la croissance des érables à sucre de basses élévations alors qu’elles affectent positivement la croissance des érables à sucre de moyennes et hautes élévations. Toutefois, l’effet des températures maximales d’été n’est pas plus important pour la croissance entre les arbres de moyennes et hautes élévations puisque les intervalles de confiances autour des coefficients calculés à partir des modèles de croissance-climat se chevauchent. Ces résultats sont en contradiction avec l’hypothèse générale que la sensibilité de la croissance face aux variations annuelles du climat est plus forte à la limite de répartition des espèces et pourrait suggérer que le climat n’est pas toujours la variable clé qui détermine la limite de répartition des espèces. Toutefois, n’ayant pris en compte aucun paramètre démographique il reste difficile de déterminer si la limite géographique des deux espèces à l’étude est principalement sous contrôle climatique. Pour sûr, notre étude suggère que dans le contexte de réchauffement climatique, la croissance des arbres de basses élévations est susceptible de diminuer alors que la croissance des arbres de moyennes et hautes élévations pourrait augmenter. Cependant, la capacité des deux espèces (particulièrement le bouleau jaune) à migrer vers de plus hautes élévations afin de suivre le réchauffement climatique est susceptible de dépendre autant des variables non climatiques que des variables climatiques.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'ouverture de la couronne (OC) des arbres matures influence grandement la transmission de la lumière au travers de la canopée forestière. Pourtant, dans le contexte de modélisation de la lumiere en milieu forestier l'OC est souvent considérée constante à l'intérieur d'une espèce, peu importe les dimensions de l'individu ou sa provenance géographique. L'objectif de cette étude est de tester si l'OC est constante pour le bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britton), l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et la pruche du Canada (Tsuga canadensis (L.) Carr.). Plus spécifiquement, l'influence des facteurs suivants a été testée: 1) le diamètre à hauteur de poitrine (DHP), 2) l'angle de transmission de la lumière par rapport au zénith, 3) l'allométrie de la couronne et 4) l'évapotranspiration potentielle. Les valeurs d'OC ont été obtenues pour 380 individus à partir de photos numériques de couronnes (à 0°, 15°,30°, et 45° du zénith) en suivant la méthode utilisée par Beaudet et al. (2002). Les résultats suggèrent que l'OC diffère selon l'angle de transmission de la lumière ainsi qu'en fonction du ratio diamètre de la couronne/diamètre au tronc, et qu'il y a interaction entre ces deux facteurs. Tandis que les arbres dominants peuvent intercepter la lumière latéralement (e.g., 45°) et verticalement (e.g., 0°), les petits arbres sont beaucoup plus efficaces pour intercepter la lumière verticale plutôt que latérale. Ceci suppose une distribution initialement planophile du feuillage chez les petits arbres, suivie d'une transition vers une distribution aléatoire de l'angle des feuilles au fil de l'ontogenèse. L'augmentation de l'évapotranspiration est associée à des couronnes plus ouvertes. De façon complémentaire à ces observations, le module de lumière du modèle SORTIE a ensuite été paramétrisé (allométrie et OC). Les différences entre les régions sont généralement plus marquées pour l'OC que pour les paramètres allométriques, mais l'impact de ces différences sur les prédictions de lumière n'a pas encore été testé. Il serait nécessaire de mieux comprendre la variabilité de l'OC avant de l'intégrer dans les modèles de simulation de la dynamique forestière. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Ouverture de la couronne, Allométrie, Évapotranspiration potentielle, SORTIE.

Thèse doctorat : Biologie et Ecophysiologie Forestière : Nancy 1 : 2004. Thèse doctorat : Biologie et Ecophysiologie Forestière : Université du Québec à Montréal : 2004. / Thèse soutenue en co-tutelle. Texte en français et en anglais. Titre provenant de l'écran-titre.

En raison de plusieurs décennies de coupes d’écrémage, on estime qu’actuellement, 2,3 % du domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau jaune du Québec se compose de bétulaies jaunes résineuses dégradées. Cette étude teste certaines modalités de scarifiage permettant l’installation du bouleau jaune dans ce type de peuplements dégradées. Le patron de scarifiage retenu pour favoriser la régénération consistait à créer à l’aide d’une pelle excavatrice, des placeaux de 1 mètre et 2 mètres de largeur. Les débris accumulés au bas des placeaux ont également permis de créer un monticule. Les résultats démontrent un effet positif du scarifiage par placeaux et monticule sur l’installation de la régénération. L’exposition du sol minéral dans les placeaux permet l’installation du bouleau jaune tout créant des conditions de lumière adéquates. Il s’avère cependant que la fertilité à l’intérieur des placeaux est moindre que sur le monticule et le sol non perturbé, ce qui pourrait affecter le développement de la régénération. / Due to several decades of highgrading practices, it is estimated that 2,3 % of the overall area of the balsam fir – yellow birch eco-climatic domain is now composed of degraded stands. This study tested some scarification patterns to favour the installation of yellow birch seedling in those deteriorated stands. Mineral soil pockets, one and two meters wide have been made by an excavator. Displaced mineral soil and organic debris removed from pockets were pushed aside to form a mound. Results demonstrated positive effects of the scarification technique. An abundant seedling installation and optimum available light conditions have been measured within the pockets. However, poorer soil fertility in the pockets compared to mounds and undisturbed seedbeds could cause a delay in the seedlings growth.

La présente étude avait pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension de la granulation des bois feuillus par l'évaluation de la possibilité technique de transformer des bois feuillus de faible vigueur (l'érable à sucre et le bouleau jaune) en granules conventionnels et granules de haute qualité, un type prometteur de transport énergétique. Trois études individuelles ont été réalisées et présentées dans cette thèse. La première étude visait à déterminer s'il y a des changements de teneur en extractibles, cendres, et lignine du bois entre les classes de vigueur des arbres. Les teneurs plus élevées en extractibles et en lignine dans les arbres peu vigoureux ont suggéré que ces derniers sont plus appropriés par rapport aux arbres vigoureux pour la conversion en biocombustibles solides. La deuxième étude visait à optimiser des procédés de granulation des bois feuillus. L'étude a porté sur l'influence des paramètres du procédé (la température et la force de compression) et des caractéristiques de la matière première (la taille des particules et la teneur en humidité) sur les propriétés physiques et mécaniques des granules de bois. Le procédé de granulation doit être effectué à une température d'environ 100 °C pour minimiser la force de friction dans le granulateur et à une teneur en humidité d'environ 11,2% pour maximiser la masse volumique et la résistance mécanique des granules produites. Cette étude a également confirmé que les arbres de faible qualité sont plus appropriés pour la fabrication de granules de bois que les arbres vigoureux. La troisième étude visait l'élaboration de granules de haute qualité. L'eau chaude à température élevée a été utilisée pour modifier les propriétés de la matière première avant granulation. Les caractéristiques de granulation du matériau traité ont été significativement améliorées. Les granules produites ont montré des propriétés améliorées incluant une plus faible teneur en cendres, une plus haute densité énergétique, une meilleure résistance à l'eau, et une meilleure résistance mécanique. Les résultats obtenus de toutes ces études ont démontré la nécessité de bien connaître les fondements de la granulation des bois feuillus et les solutions pratiques pour l'utilisation d'arbres feuillus de faible qualité, le premier peut être applicable pour le développement de procédés de granulation et le dernier peut contribuer à long terme à la restauration des forêts feuillues dégradées en termes de santé des forêts et de leur valeur. / The objective of this study was to contribute to a deeper understanding of hardwood pelletization by investigating the technical possibility of converting low quality hardwoods (sugar maple and yellow birch) into conventional and advanced fuel pellets, a promising type of future energy carrier. Three individual studies were conducted and reported in this thesis. First study aimed at the investigation of the changes in extractives, ash, and lignin contents of wood among tree vigor classes. The higher contents of extractives and lignin in low vigor trees suggested that the low vigor trees are more suitable for conversion into solid biofuels. Second study aimed at the optimization of hardwood pelletizing process. The investigation was focused on the influence of process parameters such as temperature and compression force, and raw material characteristics such as particles size and moisture content on the physical and mechanical properties of wood pellets. The pelletizing process should be performed at a temperature of about 100 oC to minimize friction force in the press channel and at a moisture content of about 11.2% to maximize density and mechanical durability of pellets produced. This study also confirmed that low quality trees are more suitable for making wood pellets than vigorous trees. Third study aimed at the development of advanced fuel pellets. Hot water at elevated temperature was used to change the properties of raw material before pelletizing. Pelletization characteristics of treated material were significantly improved. The pellets produced represented a number of enhanced properties including ash content, energy content, water resistance and mechanical durability. The findings obtained through these studies emphasized the necessity of a good knowledge of the fundamentals of hardwood pelletization and proper solutions for the use of low quality hardwood trees in which the former can be applicable for pelletizing process development, and the latter in long term can contribute to the restoration of the degraded hardwood forests in terms of forests health and value.

Les coupes de jardinage en forêt feuillue visent à maintenir une structure irrégulière tout en maintenant ou améliorant la vigueur et la qualité des peuplements résiduels. Au Québec, le martelage lors de ces coupes est fait depuis 2005 à l’aide d’un système de classification basé sur la vigueur des arbres, mais ce système n’a jamais été évalué à l’aide d’indices de vigueur quantitatifs. Afin de bâtir un indice d’efficacité de croissance, nous avons tout d’abord établi des relations pour estimer la surface foliaire de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et du bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.). Nous avons échantillonné 31 érables à sucre et 20 bouleaux jaunes sur une station, et 79 érables à sucre sur deux autres stations couvrant une large gamme de diamètre et de surface foliaire. Les estimateurs de la surface foliaire correspondaient à la surface d’aubier, déterminée à partir de différentes méthodes, et diverses mesures de cime. La surface de la cime était un très bon estimateur de la surface foliaire en plus de pouvoir être évaluée indépendamment des conditions de station tout en étant accessible, peu coûteuse et rapide à évaluer. Pour vérifier le lien entre les classes de vigueur associées au système de classification basé sur la probabilité de mortalité et des indices de vigueur quantitatifs, nous avons échantillonné des arbres provenant de six stations réparties sur l’ensemble de la zone des forêts feuillues du Québec. Les classes de vigueur n’étaient pas reliées à l’indice d’efficacité de croissance. Nous n’avons également pas pu associer un changement de croissance radiale à un changement de classe de vigueur. Par ailleurs, l’indice d’efficacité de croissance était faiblement relié aux caractéristiques dendrométriques des arbres, ce qui aurait pu faciliter son utilisation lors des opérations de martelage. Nous recommandons de continuer à utiliser le système de classification à court terme, mais sa simplification faciliterait son utilisation sans en affecter sa précision.

L'abondance du bouleau jaune (Betula alleghaniensis) tend à diminuer dans plusieurs forêts décidues aménagées de l'est de l'Amérique du Nord. Le manque de lits de germination adéquats, notamment une faible exposition du sol minéral, expliquerait en partie cette tendance. Bien que le bois mort soit également reconnu comme étant un lit de germination pour l'espèce, son importance pour le maintien des processus de régénération demeure peu documentée. Par exemple, l'impact du l'identité spécifique du bois mort pour l'établissement et la survie du bouleau jaune n'a que rarement été considéré. De plus, la présence occasionnelle d'une régénération préétablie de bouleau jaune sur bois mort et en sous-couvert amène à penser que ces individus auraient une meilleure capacité de tolérance à l'ombre. Cela dit, les traits morphologiques et l'allocation de la biomasse d'individus juvéniles de bouleau jaune occupant des lits de germination contrastés n'ont jamais été comparés. Le premier objectif de cette étude était de caractériser et comparer les patrons d'établissement du bouleau jaune, en lien avec les lits de germination connus comme étant importants pour cette espèce (bois mort avec ou sans mousse, sol minéral). Un échantillonnage aléatoire a ainsi été réalisé à l'intérieur de 4 érablières à bouleau jaune du sud-ouest du Québec, aménagées par coupes de jardinage (6 et 15 ans). Le lit de germination, le microsite, l'espèce de bois mort et la hauteur de chaque individu répertorié ont été identifiés. En second lieu, un échantillonnage destructif d'individus établis sur bois mort (avec ou sans mousse) et sur sol minéral a été réalisé. Un large gradient de taille (15 à 330 cm) et de lumière (3,5 et 50 % de lumière incidente) a été couvert. Les patrons de croissance, la répartition de biomasse dans les différents compartiments de l'arbre et divers traits morphologiques foliaires et racinaires ont ainsi été comparés en fonction du lit de germination. Nos résultats ont montré que le bois mort soutient une plus grande proportion des individus répertoriés comparativement au sol minéral. Le bois mort provenant des conifères et du bouleau jaune lui-même soutenait une plus grande proportion de ces individus. Les individus établis sur le sol minéral étaient majoritairement localisés sur les sentiers de débardage rendant cette cohorte d'individus sujette à être négativement affectée par la réutilisation de ces sentiers lors de coupes subséquentes. Lié à notre second objectif, il ressort que la taille des individus influence fortement la majorité des paramètres estimés alors que le lit de germination n'avait que relativement peu d'effet direct. Par contre, les individus sur bois mort, en produisant significativement plus de racines fines par unité de biomasse et en conservant une taille plus petite sur une plus longue période de temps, sont plus aptes à survivre en sous couvert forestier. Ces variations intraspécifiques permettent d'amoindrir les effets ontogéniques associés avec une augmentation de taille pour certains paramètres importants (LAR, FRMR). Les semis de bouleau jaune sur bois mort peuvent ainsi conserver une plus grande efficience dans la capture des ressources ce qui affecte positivement leur capacité de tolérance à l'ombre. En somme, nos résultats démontrent que le bois mort du bouleau jaune et d'espèces conifériennes permet de maintenir une abondante régénération naturelle de bouleau jaune bien distribuée au sein des sites. De plus, la présence d'une banque de candidats préétablis et prêts à réagir à une ouverture de couvert forestier y est favorisée. Cet élément structural, important pour les processus de régénération du bouleau jaune, devrait être davantage pris en compte dans une perspective d'aménagement écosystémique des forêts feuillues du Québec. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Betula alleghaniensis, Lit de germination, Identité spécifique du bois mort, Répartition de la biomasse, Effet ontogénique, Coupe de jardinage.