En Amérique du Nord, la préférence pour la récolte des arbres vigoureux et de gros diamètre a amené les forêts feuillues à un état d’appauvrissement. Ces forêts sont composées de grandes quantités de tiges de faible qualité et d’essences moins prisées par l’industrie. Conséquemment, le secteur forestier doit composer avec une grande quantité de matière première de faible qualité, ce qui entraîne une augmentation des coûts d’opération et cause la production des forts volumes de résidus qui doivent être valorisés. Cette situation force l’industrie à rechercher des solutions pour l’utilisation de grandes quantités de bois de faible qualité abondamment disponibles en forêt afin d’augmenter la rentabilité de ses opérations. Une option serait de miser sur les produits de haute valeur ajoutée qui pourraient être extraits à partir des résidus des scieries. Ces produits incluent les extraits de bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.), lesquels ont du potentiel pour l’utilisation dans les industries nutraceutique, cosméceutique et pharmaceutique. Les produits de haute valeur ajoutée, intégrés dans l’industrie des produits traditionnels, peuvent augmenter la rentabilité de la chaîne de valeur, surtout si les résidus sont utilisés comme matière première. Afin de comprendre le potentiel et les limites de cette approche, cette étude a évalué les facteurs qui influencent la valeur monétaire de sciage, proposant ensuite une utilisation alternative pour le bois de faible qualité et l’écorce provenant des forêts feuillues de la province de Québec au Canada. Cette étude a été structurée en trois parties : l’évaluation de la relation entre la valeur monétaire des sciages et les caractéristiques du peuplement, de la station et du climat; l’évaluation de la relation entre la quantité d’extraits de bois et d’écorce du bouleau jaune et des caractéristiques des arbres et; l’évaluation de l’inclusion d’un produit à haute valeur ajoutée dans la chaîne de création valeur. Dans la première partie, la valeur monétaire des sciages du bouleau jaune et de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) a été utilisée comme indicateur de la qualité du peuplement. Les résultats ont démontré que des patrons géographiques de variation de la valeur monétaire des sciages existaient à travers la province. Cette variation pourrait être attribuée en partie aux caractéristiques du peuplement, de la station et du climat local. Même s’il persiste de l’incertitude quant à l’effet de l’historique d’aménagement forestier, on croit que la production d’arbres de haute qualité devrait être priorisée aux endroits où la valeur monétaire des bois sur pied est la plus grande. Dans la deuxième partie, les analyses réalisées pour quantifier les extraits du bois et de l’écorce ont fourni une compréhension plus approfondie du potentiel du bouleau jaune pour les produits non traditionnels à haute valeur ajoutée. Dans la troisième partie, la rentabilité d’une coupe de jardinage a été évaluée, en plus du profit potentiel de production de la bétuline et l’inclusion de cet extrait dans la chaîne de valeur du bois. Dans certains cas, la coupe de jardinage a été très peu rentable, surtout lorsqu’appliquée dans les peuplements qui étaient composés des grandes quantités de tiges de faible qualité. Dans de tels cas, les produits à haute valeur ajoutée, comme la bétuline, pourraient augmenter les profits et, par le fait même, ajouter de la valeur à la ressource forestière. La diversification des produits est une approche qui pourrait être envisagée par l’industrie forestière pour augmenter sa résilience et promouvoir une sylviculture respectant les règles de l’art. / The historical preference for harvesting vigorous and large-diameter trees from stands in North America resulted in a forest mainly composed of poor-quality stems of less valuable species that present lower growth potential. As a result, the forestry sector has to work with large quantities of low-quality raw material, increasing operation costs and producing large amounts of residues. This situation forces the industry to find solutions to use the abundant quantity of low-quality wood available in forest stands to increase profits. One option is the high value-added products that could be extracted from sawmill residues. These products include yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.) extracts that have the potential to be used in the nutraceutical, cosmeceutical and pharmaceutical industries. The enhanced products, when integrated with the traditional products industry, could increase profit of the wood value chain, especially if residues are used as raw material. In order to better understand the potential and limitations of this option, this study assessed the factors that influence lumber value, and proposed an alternative use for the abundant low-value wood and bark available in the province of Quebec, Canada. Structured in three parts, this work first studied the relationship between stand, site and climatic variables and stand quality, using lumber value recovery (LVR) of sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch as surrogate variable. In the second part, the relationship between extracts content in wood and bark of yellow birch trees with selected tree characteristics was assessed. This allowed a better understanding of the potential of yellow birch extracts as a high-value added product. In the third and final part, the potential impact of integrating a high-value added product to the processing of traditional wood products was evaluated. For this, the profitability of a selection cut was analysed, the potential financial gain of producing betulin extract was assessed, and finally, the inclusion of betulin extracts in a hardwood chain was evaluated. Results from the ensemble of this thesis show that variations in LVR could be attributed to in part to stand, site and climatic conditions. Although it remains uncertain as to what extent the variability of LVR might result from past management practices or from inherent site characteristics, we believe that efforts to produce high-quality lumber should be prioritized in sites where LVR is predicted to be the highest. In addition, simulations showed that tested selection cuts in some cases generated very little profit, especially when forest stands were composed of great quantities of low-quality stems. In this situation, the production of high value-added products, such as betulin extracts, could be an interesting alternative to increase profits, contributing to add value to the existing forest resource. The product diversification is a pathway that could be explored by the forest industry to improve its resilience and promote a more efficient use of the resources.

Les forêts feuillues tempérées du sud du Québec ont une grande importance économique, car elles sont la principale source d’approvisionnement des industries des produits d'apparence en bois. Toutefois, la difficulté de relier l’apparence externe d’un arbre à la qualité interne de son bois engendre des incertitudes liées à l’approvisionnement, puisque la qualité des bois sélectionnés pour la récolte peut ne pas correspondre aux besoins réels des usines de transformation. L’objectif principal de ce projet était d’améliorer les prévisions des caractéristiques des approvisionnements de bois feuillu en reliant l’évaluation de la qualité des arbres sur pied à la composition du panier de produits transformés et à sa valeur monétaire. Un des facteurs internes qui affecte la valeur des sciages d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et de bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.) est la présence d’une zone de couleur brun-rougeâtre au centre de la tige, appelée coloration de cœur. Un échantillonnage dans 12 localisations de la zone tempérée du sud du Québec a montré que les différences régionales de la proportion radiale de la zone colorée chez ces deux espèces étaient principalement attribuables à des facteurs liés au développement des arbres, tels que l’âge et les accroissements autour de la zone colorée. Une partie de la variabilité chez l’érable à sucre était aussi associée à la température minimale annuelle d'une localisation. Par ailleurs, l’étude de 64 érables à sucre et 32 bouleaux jaunes abattus, tronçonnés et sciés en planches a mis en évidence le fait que parmi tous les types de défaut qui doivent être pris en considération lors du marquage des arbres, les signes visibles d’infection fongique et les fentes avaient la plus grande influence négative sur la valeur des deux espèces. L’analyse des sciages a montré que la proportion des meilleurs grades augmentait avec la longueur et le diamètre des billes, ce qui fait qu’elle était plus élevée dans le bas de l’arbre. Les billes présentant une grande zone colorée ont produit davantage de bois de moindre valeur. Dans leur ensemble, ces résultats permettent d’établir des liens entre le classement visuel des arbres sur pied et la qualité de produits transformés permettant une meilleure prise de décisions liée à l’approvisionnement en bois feuillu. / Temperate deciduous forests of southern Quebec are of great economic importance because they are the main supply source of the appearance wood products industries. However, the difficulty of linking the external characteristics of a tree to the internal quality of its wood creates supply-related uncertainties, since the quality of selected trees for harvest may not correspond to the real needs of these processing industries. The main objective of this study was to improve the supply forecasts of hardwood processing industries by linking the quality assessment of standing trees to their products assortment and their monetary value. One of the most important internal factors affecting the value of sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.) lumber is the presence of a reddish-brown colored area in the center of the stem called red heartwood. Samples from 12 locations throughout the temperate zone in southern Quebec showed that regional differences in the radial proportion of the colored area in both species were mainly due to factors related to tree development, such as age and radial growth around the colored area. Part of the variability in sugar maple was also associated with the annual minimum temperature of a sampling location. In addition, the study of 64 sugar maple and 32 yellow birch trees that were harvested, bucked into logs and processed into lumber showed that among all defect types that need to be considered for tree marking, visible evidence of fungal infections and cracks had the largest negative influence on value in both species. The analysis of the lumber products assortment showed that the proportion of the best grades increased with the length and the diameter of the logs, so that it was higher at the bottom of the stem. Logs with a large red heartwood area produced more wood of lesser value. Overall, these results link the visual assessment of standing trees to the quality and value of processed products to allow better decision making in the hardwoods supply chain.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Dans les forêts de feuillus nordiques, les traitements sylvicoles visant à régénérer l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et le bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.), tels que le scarifiage du sol et le contrôle mécanique de la végétation compétitrice, résultent parfois en la formation d'une dense strate de hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.). L'objectif de ce mémoire était de comparer la croissance et la survie de trois types de régénération de hêtre, soit les rejets de souche, les drageons racinaires et les semis, à celles de semis de bouleau jaune et d'érable à sucre dans des peuplements feuillus traités par coupe partielle et sous une contrainte de broutement par le cerf de Virginie. Sur une période de huit ans, 997 individus des trois espèces ont été suivis dans trois peuplements composés principalement d'érable à sucre, de bouleau jaune et de hêtre dans un dispositif expérimental situé à la station forestière de Duchesnay, près de Québec. Chaque peuplement comprenait quatre traitements de coupes partielles, de même qu'un témoin, ce qui a permis d'étudier un gradient de conditions de lumière et de compétition. Les rejets de souche et les drageons de hêtre ont montré une croissance plus élevée que les semis des trois espèces, alors que tous les types de hêtre ont montré des probabilités de survie plus importantes que les autres espèces, quelles que soient les conditions de lumière ou de compétition. Nos résultats indiquent que les traitements stimulant l'établissement de rejets de souche et de drageons de hêtre doivent être appliqués avec prudence et dans des conditions qui garantissent une croissance et des taux de survie suffisants des espèces désirées. Cette étude suggère également que le broutement sélectif par le cerf de Virginie est un facteur important pouvant exacerber le phénomène d'envahissement par le hêtre en supprimant la capacité de croitre en hauteur du bouleau jaune. / In northern hardwood forests, silvicultural treatments aimed at regenerating sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.), such as soil scarification and mechanical control of competing vegetation, often result in the formation of dense American beech (Fagus grandifolia Ehrh.) thickets in the seedling and sapling layers. The aim of this Master's thesis was to compare the growth and survival of three types of beech regeneration, i.e. stump sprouts, root suckers and seedlings, with those of yellow birch and sugar maple seedlings in partially harvested stands under cervid browsing pressure. Over an eight-year period, 997 individuals of the three species were monitored in three stands composed mainly of sugar maple, yellow birch, and American beech in an experimental field trial in the Duchesnay Forest, located near Quebec City, Canada. Each stand included four partial harvest treatments of different intensities, as well as a control, providing a gradient of light and competition conditions. American beech stump sprouts and root suckers showed higher growth than seedlings of all three species, and all types of American beech regeneration showed higher survival probabilities than the other species, regardless of light or competition conditions. Our results suggest that treatments that induce the establishment of American beech stump sprouts and root suckers, like high intensity partial cut combined with soil scarification and mechanical control, should be applied with caution and under conditions that ensure sufficient growth and survival rates of the desired species. This thesis also suggests that selective browsing by cervids is an important factor that can exacerbate the phenomenon of dense beech thickets formation in the seedling and sapling layers by suppressing the yellow birch's ability to grow in height.

Au nord-est de l'Amérique du Nord, les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette (TBE) constituent une perturbation naturelle majeure de la forêt boréale et jouent un rôle important dans la dynamique forestière(croissance et mortalité des arbres attaqués, structure d'âge et de composition, succession écologique, etc.). Bien qu'il soit reconnu que les épidémies d'insectes ont un impact considérable sur le bilan de carbone (C), peu d'études se sont intéressées aux effets de la TBE sur les stocks et la dynamique du C forestier. À notre connaissance, ce travail est le premier à se pencher sur le sujet en employant des données empiriques à long terme, soit celles des placettes-échantillons permanentes. Les trajectoires de C ligneux aérien pendant et après l'épidémie des années 1970-1980 ont été observées dans trois zones bioclimatiques et ont été largement influencées par la sévérité de l'épidémie. Dans les sites légèrement attaqués, le signal de la TBE a été très discret. Dans les sites sévèrement attaqués de la sapinière à bouleau jaune, de la sapinière à bouleau blanc et de la pessière à mousses, les changements de C vivant à court terme (0 à ~15 ans) ont été respectivement de -11,9 t C ha⁻¹, -16,8 t C ha⁻¹ et -17,2 t C ha⁻¹. À long terme (~15 à ~50 ans), la reconstitution du stock de C vivant a surtout été assurée par le recrutement de nouveaux individus. À la fin de la période d'étude, la majorité des sites sévèrement attaqués des sapinières avaient dépassé leur stock de C vivant pré-épidémique, ce qui n'était pas le cas dans la pessière. Cette étude présente les premiers résultats issus de données empiriques à long terme quant aux effets de la TBE sur le C forestier, ce qui permettra de raffiner les modèles de la dynamique du C forestier. / In northeastern North America, spruce budworm (SBW) outbreaks are a major natural disturbance of the boreal forest and play an important role in forest dynamics (growth and mortality of attacked trees, age and composition structure, ecological succession, etc.). Although it is recognized that insect outbreaks have a significant impact on the carbon (C) budget, few studies have examined the effects of SBW on forest C stocks and dynamics. To our knowledge, this is the first study to address this issue using long-term empirical data, namely permanent sample plots data collected since the early 1970s. Trajectories of aboveground woody C during and after the1970s-1980s outbreak were observed in three bioclimatic zones and were largely influenced by outbreak severity. In lightly affected sites, the SBW signal was very subtle. In severely affected sites of the balsam fir-yellow birch, balsam fir-white birch, and black spruce-feathermoss zones, short-term (0 to ~15 years) changes in live C were -11.9 t C ha⁻¹, -16.8 t C ha⁻¹, and -17.2 t C ha⁻¹, respectively. In the long term (~15 to ~50 years), recovery of the live C stock was achieved primarily through the recruitment of new stems. By the end of the study period (~50 years), most high-severity sites in the two balsam fir zones had exceeded their pre-outbreak live C stock, which was not the case in the black spruce-feathermoss zone. This study provides the first long-term empirical data on the effects of SBW on forest C, which will help refine models of forest C dynamics.