Memoria para optar al Titulo Profesional de Ingeniero Forestal

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 6 octobre 2006). Bibliogr.

Pour l’identification et l’accès aux métabolites secondaires du bois de Douglas, les optimisations des conditions d’extractions ont été réalisées dans différents solvants. L’identification de composés par LC-MS/MS a été privilégiée. L’analyse en LC-ESI-MS/MS des extraits de bois issus des trois zones a été effectuée afin d’identifier les différents groupesde métabolites présents dans chaque zone. Une cinquantaine de métabolites a été identifié. Les groupes de métabolites les plus représentatifs sont les polyphénols et les terpènes qui sont réputés avoir des propriétés antioxydantes, antifongiques à l’origine de la durabilité naturelle du bois. Dans un deuxième temps la quantification relative de métabolites d’intérêt a été réalisée à partir d’échantillon de bois prélevés aux 4 saisons de l’année. Les résultats ont montré que le duramen était la zone la plus riche en métabolites quelque soit la saison. Cependant, la quantité de chaque métabolite varie différemment en fonction des saisons. Pour une majorité de composés quantifiés, le printemps et l’été sont les saisons au cours desquelles le bois accumulait une grande quantité de métabolites. Ces résultats confirment que leduramen est la zone la plus riche en métabolites protecteurs. Ces informations peuvent être utiles pour la sélection des lignées les plus résistantes et l’amélioration de la durabilité naturelle du bois. / For the identification and access to secondary metabolites of Douglas-fir, the optimization of the extraction conditions was carried out in different solvents. The identification of compounds by LC-MS / MS was favored. LC-ESI-MS / MS analysis of thewood extracts from the three zones was carried out to identify the different groups of metabolites present in each zone. About fifty metabolites have been identified. The most representative groups of metabolites are polyphenols and terpenes, which are said to have antioxidant, antifungal properties that are at origin of the natural durability of wood. In a second step, the relative quantification of metabolites of interest was carried out using wood samples taken during the 4 seasons of the year. The results showed that duramen was the richest metabolite area in any season. However, the amount of each metabolite varies differently depending on the season. For a majority of quantified compounds, spring and summer are the seasons in which wood accumulates a large amount of metabolites. These results confirm that the duramen is the area richest in protective metabolites. This information can be useful for selecting the most resistant lines and improving the natural durability of wood.

Le bois est un tissu plurifonctionnel permettant la conduction de la sève brute, le stockage de l’eau et des sucres ainsi que le soutien mécanique de la plante. L’arbre au cours de son développement expérimente différentes contraintes liées à son environnement et à sa taille croissante. En réponse à ces contraintes, les performances fonctionnelles du bois sont ajustées par des variations de valeurs de propriétés, elles-mêmes dépendantes du produit de la xylogénèse. Cependant les extrais chimiques déposés lors du processus de duraminisation, entraine la modification des propriétés du bois. Les propriétés du duramen sont le fruit de la xylognénése et de la duraminisation ainsi que de leurs interactions. Ce travail de thèse a donné naissance au terme ‘profil ligneux’, désignant l’ensemble des variations des propriétés du bois à différentes échelles et dans une dimension ontogénique résultant des deux processus cités précédemment. La diversité de tempéraments vis-à-vis de la lumière (héliophilie à sciaphilie) des essences tropicales suggère une diversité d’expressions du profil ligneux. La description de ces différentes expressions serait gage d’une meilleure compréhension du tempérament. Comprendre et caractériser le profil ligneux et la variation de la quantité de bois de cœur dans l’arbre, représentent également un enjeu économique puisque l’industrie du bois Guyanaise a été identifiée comme une filière d’avenir. L’analyse de la diversité du profil ligneux—par une approche ascendante, de l’échelle individuelle à l’échelle interspécifique—a prouvé son efficacité dans la discrimination du degré d’affinité à la lumière. La variation de densité est particuliérment pertinente. Néanmoins, sa pertinence réside dans (1) la combinaison du gradient radial et vertical et (2) la prise en compte du duramen qui modifie parfois, l’amplitude et la direction du gradient ainsi que la forme du profil.L’effet de la duraminisation sur la variation de densité devient alors évocateur du tempérament de l’espèce au même titre que la qualité et/ou la quantité d’extraits chimique mis en jeu. La pertinence du profil ligneux dans la caractérisation du tempérament écologique est due à son aspect intégrateur de divers processus et propriétés. En regard du changement l’allocation de croissance (i.e. du tronc vers la couronne) observée chez Dicorynia guianensis et de travaux précédents sur la croissance des arbres, un lien potentiel entre la diversité du profil ligneux et la stratégie d’allocation de la croissance pourrait exister. / Wood is a multifunctional tissue involved in sap conduction, storage of water and reserves as well as mechanical support. Tree during its development experiments various constraints due to its environment and its growing size. In response to these constraints, wood functional performances are adjusted by variations of property values, which are dependent on the xylogenesis product. However, wood properties may be modified by the deposition of chemical extractives during heartwood formation. Thus heartwood properties are the result of xylogenesis, heartwood formation and their interactions. This work gave rise to the term 'wood profile', designating all variations of wood properties at different scales and in an ontogenetic dimension, resulting from both processes described above. The diversity of shade tolerance (heliophilic to sciaphilic) strategies species suggests a diversity of wood profile expressions. The description of these different expressions could be a way to better understand plant strategies. Understanding and characterizing wood profile and variations in heartwood quantity in tree, is an economical issue since the Guyanese timber industry has been identified as a promising sector. The analysis of the diversity of wood profile—using a bottom-up approach, from the individual level to the interspecific level—proves to discriminate shade tolerance strategies efficiently. Wood specific gravity variation is especially relevant. However, its relevance is based on (1) combinations of both radial and vertical variations and (2) integration of heartwood that may impact range and direction of the gradient and shape of the profile as well. Effect of heartwood formation on wood specific gravity variations is suggestive of shade tolerance strategy as well as quality and/or quantity of chemical extractives. Relevant characterization of shade tolerance strategies by wood profile is the result of the integration of diverse processes and properties. To the view of growth allocation shift (from trunk to crown) observed in Dicorynia guianensis and of previous studies on tree growth, a potential link between wood profile diversity and growth allocation strategies may exist.

Cette étude vise à caractériser les proportions de bois d’aubier et de duramen chez le bouleau à papier (Betula papyrifera Marsh.) en relation avec les caractéristiques du feuillage, de la cime et de l’arbre. Les résultats indiquent que la proportion d’aubier est significativement reliée au feuillage, selon la théorie du modèle tubulaire. D’autre part, la probabilité de présence de duramen à hauteur de souche est plus élevée pour des arbres à fort défilement. Les proportions d’aubier et de duramen sont également dépendantes de l’âge de l’arbre. En outre, le développement vertical du duramen à l’intérieur de la tige semble être affecté par l’effet d’empattement et par la base de la cime vivante. Le duramen présente une valeur maximale à une hauteur relative de 9% et décroît par la suite. Finalement, la quasi-totalité du volume de duramen est située sous la base de la cime vivante. / This study aims to characterize sapwood and heartwood proportions in White Birch (Betula papyrifera Marsh.) in relation with foliage, crown and stem characteristics. The results indicate that sapwood proportion is significantly related to foliage following the pipe model theory. Furthermore, the probability of heartwood presence at stump height is higher for trees with high stem taper. Sapwood and heartwood proportions are also tree age dependant. In addition, the vertical development of heartwood within the stem seems to be affected by the stump effect and by the live crown base. Heartwood shows a maximum value at 9% relative tree height and decreases afterwards. Finally, almost all the heartwood volume is located under the live crown base.

La tomographie par rayons X permet un accès direct aux caractéristiques internes des billons scannés par l'intermédiaire des variations de densité et de teneur en eau. L'objectif de ce travail est de démontrer la faisabilité de la détection automatique de caractéristiques dans des billons à des fins d'analyses scientifiques. Nous disposons pour cela d'une base d'images tomographiques de 24 épicéas communs (Picea abies (L.) Karst.) obtenues avec un scanner médical. Les arbres sont représentatifs de différents statuts sociaux et proviennent de quatre peuplements du nord-est de la France, eux-mêmes sont représentatifs de plusieurs classes d'âge, de densité et de fertilité. Les procédures de détection développées sont les suivantes : - détection de la moelle dans les billons, y compris en présence de nœuds et/ou d'excentricité des cernes. La précision de la localisation est inférieure au millimètre ; - détection de la limite aubier/duramen dans les billons, y compris en présence des nœuds (principale source de difficulté). L'erreur sur le diamètre du duramen est de 1.8mm soit une erreur relative de 1.3%. ; - détection de la localisation des verticilles et une comparaison à une méthode optique ; - détection des nœuds individualisés. Cette procédure permet de compter les nœuds dans un billon et de les localiser (hauteur dans le billon et azimut); cependant, la validation de la méthode et l'extraction du diamètre et de l'inclinaison des branches reste à effectuer. Une application de ce travail a été l'analyse de la variabilité de la quantité d'aubier dans le tronc: en intra-arbre, la largeur d'aubier était constante sous la base du houppier; en inter-arbre, une forte corrélation avec la quantité de branches vivantes a notamment été mise en évidence. De nombreuses analyses sont envisageables à partir des résultats de notre travail, parmi lesquelles: l'étude architecturale des arbres avec le suivi de la moelle dans les billons et l'occurrence des prises de relais sur l'axe principal, l'analyse des variations radiales de la forme du duramen, l'analyse de la distribution des nœuds dans les billons.

Le Douglas sera la première essence résineuse en France dans les 10 ans à venir, avec des volumes commercialisables de l’ordre de 3 millions de m3/an. Sa valorisation par déroulage se heurte à deux caractéristiques défavorables de son duramen (une humidité à l’état vert proche du point de saturation des fibres (entre 30 et 40%) et une très mauvaise imprégnabilité à l’eau. Ceci rend ce bois très difficile et très long à chauffer par bouillottage avant déroulage. La matière ligneuse étant un bon isolant thermique, l’eau libre constitue généralement le milieu chauffant privilégié dans l’opération d’étuvage préalable au déroulage. Le temps de chauffe dans le cas du Douglas est doublé voire triplé par rapport à d’autres essences plus humides. Cela se traduit par un gaspillage énergétique et une immobilisation de stocks accrue. En vue d’améliorer la cinétique d’imprégnabilité de bois rond de Douglas, nous avons testés un certain nombre de modalités d’imprégnation à deux échelles différentes. À l’échelle de paillasse, des barreaux de 20 mm (R) x 20 mm (T) x 120 mm (L) prélevés dans le duramen, ont subis différents essais de trempage en faisant varier la température de l’eau, la durée du trempage, le type de refroidissement. Certaines modalités ont été répétés en plaçant le bain sous ultrason (fréquence 20 kHz, puissance 400 W) et pour d’autres en ajoutant un tensio-actif dans l’eau ou procéder à un séchage (thermique, naturel, vide) préalable des éprouvettes. Après chaque essai, la reprise d’eau a été quantifiée par double pesée. Nous avons montré un effet de bord répétable sur toutes les modalités mais aucune de celles-ci ne permet une amélioration significative de la reprise en eau du duramen sauf pour le cas du séchage préalable qui a profondément amélioré l’imprégnabilité. La transposition des traitements à l’échelle industrielle sur des billons de 50 cm de longueur et 20 cm de diamètre a montré l’efficacité du séchage préalable sur la capacité du bois d’être pénétré par l’eau, mais insuffisante pour améliorer significativement les conditions de déroulage. Le suivi de l’imprégnabilité par scanner à rayons X a confirmé la persistance de l’hétérogénéité de la répartition d’humidité sur toutes les modalités d’expériences réalisées. Les observations par microscopie confocale à balayage laser (CLSM) ont montré que le processus de séchage à 103°C, a généré des micro-fissures dans les parois cellulaires des ponctuations. Les essais de déroulage réalisés sur les billons issus des différentes modalités étudiées n’ont montré aucune différence de comportement aussi bien en termes d’efforts de coupe qu’en qualité des placages obtenus / In the ten next years, Douglas-fir will be the main softwood resource harvested in France. It its valorization by peeling comes up against two of its particularities that complicate boiling efficiency: (i) the heartwood has a MC near FSP (30 to 40%) i.e. there is near no free water into tracheid (ii) it is impossible to impregnate this heartwood at atmospheric pressure with water. As a result, wood material being a very efficient insulator material, boiling of Douglas-fir prior to peeling for veneer production will take a very long time, free water being the main medium allowing heat transfer into green wood. Wood is a good thermal insulator, free water is generally preferred in the heating operation steaming prior peeling. Heating time in the case of Douglas is doubled or tripled compared to others species. This results in wasted energy and increased immobilization stocks. In order to improve the kinetics of impregnability of Douglas heart wood, we tested a number of methods of impregnating at two different scales. At the bench scale, samples with 20 mm (R) x 20 mm (t) x 120 mm (L) taken from the heartwood, have suffered from various tests by varying the soaking water temperature, duration soaking, the type of cooling. Some terms were repeated by placing the bath in ultrasound (frequency 20 kHz, power 400 W) and others by adding a surfactant in water or to drying samples, (thermal, natural, vacuum) prior impregnation . After each test, the water uptake was quantified by double weighing. We showed a repeatable board effect across all categories but none of them allows a significant improvement in the water uptake heartwood except drying that profoundly improved the moisture content of samples. The transposition to the industrial scale processing on ridges (50 cm long and 20 cm in diameter) showed the effectiveness of prior drying on the ability of wood to be penetrated by the water, but insufficient to significantly improve the peeling conditions. X-ray scanner observations confirm the persistence of the heterogeneity of the moisture distribution across all categories of experiments. The confocal laser scanning microscopy (CLSM) showed that the drying process at 103 ° C, generated microcracks in the cell walls of the pits. The tests performed on the peeling logs from different modalities studied showed no difference in behavior both in terms of cutting forces and quality veneers obtained

La durabilité du bois de teck (Tectona grandis) est une propriété pouvant varier selon le génotype et les facteurs environnementaux. Chez le teck, le degré d'implication des extractibles dans la durabilité naturelle est controversé. A partir d'une approche quantitative incluant les aspects biologiques et technologiques conduites sur des échantillons de bois séchés à l'air ambiant, cette thèse s'est attachée à rechercher les déterminants chimiques de nature phénolique de la durabilité naturelle. Nous avons tout d'abord mis en évidence que les formes osidiques stockées dans l'aubier sont transformées en extractibles de nature quinonique. Nous avons ainsi caractérisé deux composés, l'un dans l'aubier le forsythoside B, un trisaccharide de l'acide caféique et l'autre dans le duramen, le 4',5'-dihydroxy-épiisocatalponol qui ont été identifiés pour la première fois dans le bois de teck. Nous avons mis en évidence que le second composé inhibe la croissance de Trametes versicolor indiquant son rôle directe dans la propriété de durabilité naturelle du bois de teck. Ainsi, les composés du métabolisme des naphthoquinones sont les plus impliqués dans la durabilité naturelle du bois de teck à l'égard de Trametes versicolor et de Poria placenta. Les mécanismes de transformation des sucres pourraient indiquer le niveau de durabilité naturelle des espèces. Ces nouvelles données contribueront aussi à l'amélioration de la qualité du bois qui par ailleurs assure la pérennité des arbres. / Teak (Tectona grandis) wood natural durability is a property which can vary with genotype and environmental factors. The implication of quinonic extractives in the property of natural durability is controversial. Using a quantitative approach including biological and technological conducted on air-dried wood samples, this thesis aimed to search chemical attributes of natural durability. We first demonstrated that osidic forms stored in the sapwood were transformed into quinone derivative. We have characterized two compounds the forsythoside B, a trisaccharide of cafeic acid in the sapwood and in the heartwood, the 4',5'-dihydroxy(epi)isocatalponol that were identified for the first time in teakwood. The latter compound exhibited strong fungicidal activity against Trametes versicolor indicating that its direct implication in decay resistance of teak wood. We have shown that compounds from naphthoquinones metabolism were involved in decay resistance of teak wood against Trametes versicolor and Poria placenta. The mechanisms of sugars transformation may indicate the natural durability level of sustainable species. There these new data will contribute to improve the wood quality that ensures the perennity of trees.

Esta Tesis tuvo como objetivo general el de caracterizar las propiedades xilotecnológicas de Acacia melanoxylon implantada en el sudeste de la Provincia de Buenos Aires, en vista a su empleo como madera sólida en el mercado regional de maderas. Para ello se desarrolló una investigación en base al muestreo de cuatro poblaciones locales de la especie implantadas en diferentes sitios, sobre las que se desarrollaron dos tipos de evaluaciones, una en el campo de la Dasometría y otra en el campo xilotecnológico. Con la primera, se investigaron la composición y estructura de las masas forestales correspondientes a las parcelas de estudio, así como su volumen comercial y su crecimiento medio anual. Con la segunda se investigaron: la estructura anatómica, las dimensiones celulares, el contenido de duramen, la composición química, las propiedades físicas (densidad básica, densidad normal, contracción e hinchamiento lineales máximos, anisotropía, coeficiente de contracción y Punto de Saturación de las Fibras, variación del contenido de humedad en secado natural), la dureza y las propiedades mecánicas (en flexión estática, en compresión perpendicular y paralela a las fibras, en corte paralelo). Se analizaron las variaciones de las características de la madera entre los diferentes sitios y dentro del fuste de los árboles (en sentido axial y radial). Se determinaron las relaciones lineales de las propiedades de la madera con la tasa de crecimiento y con la edad de los árboles. Por otra parte interesó conocer las relaciones de la densidad con el resto de las propiedades anatómicas y físicas, con la dureza y con el comportamiento resistente y elástico de esta madera. Se desarrolló una analogía climática entre la región sudeste de la provincia de Buenos Aires y la región de origen (Australia). En general, la región ofrece condiciones climáticas y edáficas apropiadas para el desarrollo de la especie. Se reconocieron diferentes calidades de sitio debido a distintas condiciones de protección, de profundidad de suelos y de limitaciones de drenaje. El crecimiento de la especie, esto es, su tamaño, sus existencias en volumen y sus tasas de crecimiento, variaron entre los sitios. El recurso, se caracterizó por una estructura desuniforme de edades que puede ofrecer, a través de sus clases diamétricas superiores (25-30 cm de diámetro a la altura del pecho), rollizos comerciales de entre 6,5 m y 11 m de longitud y de una alta cilindricidad. La descripción anatómica general macro y microscópica, coincidió con la hallada por otros autores para la especie, observándose líneas oscuras dentro del duramen, que podrían estar asociadas a la presencia de madera de tensión. Las dimensiones celulares promedio fueron: longitud de fibras, 656,5µ; espesor de pared de las fibras, 2,17µ; lumen de las fibras, 8,3 µ; ancho de las fibras, 12,9µ; vasos pequeños, 69,25 µ de diámetro y poco numerosos, 5/mm<SUP>2</SUP>. Esto proporciona una textura fina y permite inferir que esta madera logrará un buen acabado superficial por cepillado, lijado y lustre. La madera del recurso local presentó duramen a lo largo de todo el fuste comercial y en todos los árboles, cuyo contenido fue del 53-51% de su volumen comercial. Esto resultó una proporción similar, y aún mayor que lo informado en plantaciones ordenadas de Australia y Nueva Zelanda. La composición química promedio (sobre madera seca total, referido a madera original) resultó típica de una angiosperma dicotiledónea de color oscuro, con una destacada variabilidad entre árboles respecto a los extractivos. Resultaron mayores los contenidos de extraíbles en agua caliente (8,4%) (compuestos fenólicos) que en alcohol-tolueno (6,1%) (ceras, aceites, resinas). La proporción de lignina insoluble (25,1%) fue igual o mayor que lo informado por otros autores en la especie. La densidad de la madera (densidad normal: 600 Kg/m<SUP>3</SUP> y densidad básica: 517 Kg/m<SUP>3</SUP>) se ubicó en el rango indicado por otras investigaciones para la especie, con importante variación entre árboles. A lo largo del fuste, se presentaron árboles igualmente densos en todas sus alturas o con la base más densa. A lo ancho del fuste, la zona ubicada alrededor de la médula resultó menos o igualmente densa que el resto. Ni los contenidos de duramen y de extractivos, ni el tamaño de las células se mostraron relacionados con la variación en la densidad de esta madera. En cambio sí se relacionó la densidad con la edad de los árboles, que estuvo comprendida en el rango 9-32 años. La madera registró valores promedio de contracción (radial, 3,55%; tangencial, 6,63%) e hinchamiento (radial, 3,69%; tangencial, 7,13%) lineales máximos similares a lo informado para la especie, con una anisotropía levemente inferior a 2. Los cambios en dirección radial fueron menores en la región basal de los fustes, sin influencia de la posición médula-corteza. Contrariamente, los cambios en dirección tangencial fueron mayores en la base con valores mínimos en tejidos cercanos a la médula. Se registraron valores de resistencias en flexión (90 N/mm<SUP>2</SUP>), en compresión paralela (45 N/mm<SUP>2</SUP>) y perpendicular (12 N/mm<SUP>2</SUP>), en corte (12 N/mm<SUP>2</SUP>), así como del módulo de elasticidad en flexión (10926 N/mm<SUP>2</SUP>) y de la dureza (45 N/mm<SUP>2</SUP>), que son los esperados para una madera de densidad media y pueden considerarse adecuados para maderas de uso estructural y no estructural. La región basal de los fustes, hasta el 30% de la altura total, resultó uniforme en relación a la densidad, al contenido de duramen, a los cambios dimensionales y a las propiedades mecánicas. Esto conduce a una homogeneidad de la troza de mayor rendimiento en aserrado, muy valorada en relación a su uso final como materia prima. En la madera investigada se manifestó una correlación destacada (coeficientes de correlación del orden de 0,6 - 0,75) de la densidad con la contracción e hinchamiento lineales máximos y con el coeficiente de contracción dimensional. Asimismo lo fue la relación entre la densidad y las propiedades resistentes, las de rigidez y la dureza, con coeficientes de correlación ubicados en el rango 0,83-0,93. En secado natural, iniciado en el otoño, la madera alcanzó en ocho meses la estabilización del contenido de humedad con un valor de equilibrio higroscópico del 12%. El proceso de secado natural estuvo asociado a la presencia de grietas de cara y de cabeza predominantemente pequeñas (<50 mm de longitud) y de rajaduras predominantemente largas (100-400 mm) localizadas en el tejido correspondiente a la médula. Predominaron los nudos de cara, redondos, pequeños y muy pequeños (5-19 mm de diámetro promedio), firmes y sanos, localizados principalmente en la región central de las tablas. El material presentó una ligera desviación de las fibras (4,64%). La región basal de los fustes resultó con menor desviación respecto a la superior (3,7% vs. 6,2%). Según la investigación dasométrica, las cuatro poblaciones se desarrollaron en diferentes calidades sitios y se diferenciaron en las dimensiones celulares, en el contenido de duramen, en la composición química y en la densidad de la madera. Consecuentemente, también lo hicieron respecto a los cambios dimensionales y comportamiento mecánico de la madera. Sin embargo, dada la desuniformidad en edades y el desconocimiento de las procedencias geográficas del material original de estos poblamientos, la evaluación del condicionamiento que los sitios ejercen en la manifestación de los atributos tecnológicos puede estar limitada en alguna medida, lo que será necesario investigar en adelante. La investigación desarrollada permite recomendar el uso de la madera del recurso regional de A. melanoxylon para muebles, pisos aptos para tránsito de mediana intensidad, revestimientos, chapas y láminas para paneles, molduras, carpintería rural, productos de madera corta (mangos de herramientas), entre otros. Se la puede considerar como un material de buena trabajabilidad que logrará un adecuado acabado superficial. Sin embargo, el recurso regional actual está ofreciendo como máximo piezas de aserrío de 25-30 cm de ancho, con alta población de nudos y alta probabilidad de contener la médula, las cuales son limitantes a superar con el análisis, planificación y ejecución de pautas de ordenación forestal para el recurso.