Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. [203]-223. Publié aussi en version électronique.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. [228]-259. Publié aussi en version électronique.

Les changements climatiques actuels et ceux qui sont à venir auront des répercussions importantes sur le développement des arbres de nos forêts. Dans cette étude, nous avons examiné les impacts potentiels des changements climatiques sur la germination et le développement initial des plantules d'espèces d'arbres des forêts tempérées nordiques et boréales ayant une importance économique et écologique au Québec, soit le bouleau jaune, le chêne rouge, l'épinette blanche, l'épinette noire, le pin blanc, le pin gris, l'érable rouge et l'érable à sucre. Ces deux processus représentent des étapes importantes dans le cycle de vie des arbres. Deux principales thématiques ont été abordées : le rôle de la diminution du couvert de neige en hiver sur la germination au printemps ainsi que les effets de l'augmentation des températures et de la modification des conditions hydriques du sol sur la germination et le développement initial des plantules. Le premier chapitre avait pour objectif d'évaluer l'impact de la réduction du couvert de neige sur la germination des arbres des forêts tempérées et boréales. Une expérience a été effectuée sous couvert forestier à la Station touristique Duchesnay afin de tester l'effet de différentes épaisseurs de neige sur la germination au printemps. Quatre traitements d'épaisseur de neige ont été appliqués lors de l'hiver 2021-2022: témoin (aucune intervention pour modifier l'épaisseur de neige), 50 % de la hauteur de neige du témoin, 30 cm et moins de 10 cm. Les résultats ont montré que la réduction du couvert de neige n'a pas significativement affecté le contenu en eau du sol, mais les traitements avec moins de neige ont montré plus de cycles de gel-dégel au printemps, ce qui pourrait nuire à la germination de certaines espèces. La germination a été influencée par l'épaisseur de la neige pour certaines espèces, telles que le chêne rouge, l'érable à sucre et le pin blanc, qui ont montré une réduction significative des taux de germination sous un couvert de neige de moins de 10 cm. En revanche, l'épinette blanche et l'épinette noire n'ont pas été affectées de manière significative. Ces différences pourraient être dues à une meilleure tolérance au froid des espèces plus nordiques. Ces résultats indiquent que certaines espèces d'arbres sont plus sensibles à la réduction du couvert de neige, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour la régénération forestière dans le contexte des changements climatiques futurs. Le second chapitre avait pour objectif de comprendre comment la germination et les premiers stades de développement de cinq espèces d'arbres des forêts tempérées et boréales seraient affectés par différents degrés de sécheresse. Des études antérieures avaient soulevé de potentiels problèmes au niveau de la germination de plusieurs espèces végétales face à l'augmentation de la température et/ou une diminution de la disponibilité en eau du substrat de germination. Une expérience factorielle en milieu contrôlé a donc été élaborée en combinant deux régimes de températures (présent et future [horizon de temps : 2071-2100 - RPC 8.5]) et quatre potentiels hydriques (0, -0,2, -0,4 et -0,6 MPa). L'augmentation d'environ 5 °C des températures durant une partie du printemps a semblé entraîner une accélération générale de la vitesse de germination pour les cinq espèces, une augmentation du pourcentage de germination pour le pin gris et le bouleau jaune et une biomasse plus élevée pour le pin gris et le pin blanc. Cependant, une diminution du pourcentage et de la vitesse de germination a été observée avec l'augmentation des stress hydriques pour la majorité des espèces, à l'exception du pin gris dont le pourcentage de germination n'a pas été affecté par ces niveaux de stress. L'allocation de la biomasse au sein des plantules semble avoir subi un effet similaire à celui observé pour la germination, indiquant que le stress hydrique nuit au développement de chaque partie des plantules (aérienne et souterraine). Les résultats indiquent également que l'augmentation de la température de 5 °C pourrait contrebalancer les effets des stress hydriques plus élevés, permettant ainsi d'augmenter la germination de l'épinette noire, de l'épinette blanche et du pin gris dans des conditions hydriques plus difficiles, mais sans favoriser une augmentation de la biomasse des composantes aériennes et souterraines des plantules. Les expériences en milieu naturel et contrôlé ont révélé certaines tendances quant à la germination et le développement initial des espèces étudiées. Néanmoins, de nombreux aspects restent à explorer pour mieux comprendre les impacts de la température et de la teneur en eau du sol sur ces caractéristiques. Les effets observés semblent généralement propres à chaque espèce, ce qui souligne l'importance de prendre en compte la variabilité intraspécifique (par exemple, la provenance) dans les études futures. De plus, cette asymétrie dans la réponse potentielle des différentes espèces face aux changements anticipés devrait également être intégrée dans les modèles de simulation de la régénération et de la croissance forestière. En bref, les résultats de cette étude peuvent servir de pistes de compréhension, puisque la complexité du sujet rend les conclusions définitives difficiles à atteindre. La persistance à long terme des espèces forestières dans un contexte de changements climatiques dépendra également de leur performance lors des stades de développement ultérieurs. / Current and forthcoming climate changes will have significant impacts on the development of trees that constitute our forests. In this study, we examined the potential impacts of climate change on the germination and initial development of seedlings from economically and ecologically important tree species in the temperate and boreal forests of Québec, including yellow birch, red oak, white spruce, black spruce, white pine, jack pine, red maple and sugar maple. These two processes represent crucial stages in the life cycle of trees. We addressed two main themes: the role of reduced winter snow cover on germination and the effects of increased temperatures and altered soil moisture conditions on germination and initial seedling development. By identifying these specific impacts, this study contributes to a better understanding of how trees respond to early developmental stages in the face of anticipated climate changes. The first chapter aimed to assess the impact of reduced snow cover on the germination of trees in temperate and boreal forests. With rising winter temperatures, precipitation patterns change, snow melts earlier, and snow cover thickness decreases, affecting the microclimatic conditions of the soil. This experiment was conducted under forest cover at the Duchesnay Tourist Station. Four snow thickness treatments were applied during the winter of 2021-22: control, 50% of the control, 30 cm, and less than 10 cm. The results showed that the reduction in snow cover did not significantly affect soil water content, but treatments with less snow experienced more freeze-thaw cycles in the spring, which could hinder seed germination. The germination was influenced by snow thickness for certain species, such as red oak, sugar maple, and white pine, which showed a significant reduction in germination rates under snow cover of less than 10 cm. In contrast, white spruce and black spruce were not significantly affected. These differences could be due to a better cold tolerance of more northern species. These results indicate that some tree species are more sensitive to reduced snow cover, which could have important implications for forest regeneration in the context of future climate change. The second chapter aimed to understand how the germination and early developmental stages of five temperate and boreal forest tree species would be affected by different degrees of drought. Previous studies had raised potential issues regarding the germination of various plant species in response to increased temperature and/or soil moisture conditions. A factorial experiment in a controlled environment was therefore designed, combining two temperature regimes (present and future: 2071-2100 - RCP 8.5) and four water potentials (0, -0.2, -0.4, and -0.6 MPa). The increase of approximately 5°C in temperatures during part of the spring seemed to lead to a general acceleration of germination speed for the five species, an increase in germination percentage for jack pine and yellow birch, and higher development for jack pine and white pine. However, a decrease in germination percentage and speed was observed with increased water stress for most species, except for jack pine, whose germination percentage was not affected by these stress levels. Biomass allocation within the seedlings appeared to be similarly affected by water stress, indicating that water stress hampers the development of each part of the seedlings. The results of the combined effects suggested that the 5°C temperature increase could offset the effects of higher water stress, thereby increasing the germination of black spruce, white spruce, and jack pine under more challenging water conditions, but without promoting higher development of seedling sections. Experiments in natural and controlled environments revealed certain trends regarding the germination and initial development of the studied species. However, many aspects remain to be explored to better understand the impacts of temperature and soil moisture content on these characteristics. The observed effects appear to be generally species-specific, highlighting the importance of considering intraspecific variability (e.g., provenance) in future studies. Furthermore, this asymmetry in the potential response of different species to anticipated changes should be incorporated into the modeling of forest regeneration and growth. In summary, the results of this study can provide fundamental insights, as the complexity of the subject makes definitive conclusions difficult to achieve. Germination is only the first step, and the long-term success of forest species will depend on their resilience at each developmental stage.

Dans un contexte où l’on cherche à limiter l’empreinte écologique milieu bâti et à valoriser les ressources locales, le bois s’est imposé comme un matériau incontournable dans le secteur de la construction. Parmi les produits de bois d’ingénierie, le bois lamellé-collé est l’un des plus fréquemment utilisés. Les produits actuellement offerts sont presque exclusivement composés d’espèces résineuses. Toutefois, un regain d’intérêt pour les espèces feuillues est aujourd’hui manifeste, en raison de leurs propriétés mécaniques impressionnantes ainsi que de leur apparence noble et distinctive. L’objectif de ce projet était d’évaluer la faisabilité technique d’un bois lamellé-collé structural composé d’espèces feuillues du nord-est de l’Amérique du Nord. Le chapitre consacré à l’identification des propriétés indicatrices pertinentes à la prédiction de la résistance en traction des espèces étudiées a permis de conclure qu’il est possible de classer ces dernières selon leur résistance à partir de propriétés mesurables en contexte industriel. Le chapitre consacré à l’évaluation de la résistance au cisaillement d’assemblages composés de différentes espèces feuillues et adhésifs structuraux a permis d’identifier les combinaisons les plus appropriées pour un produit d’ingénierie structural composé de ce type. Le troisième et dernier chapitre a permis de sélectionner un profil de joint à entures multiples qui convient aux espèces étudiées et de mettre à l’essai des poutres pleine grandeur. Les résultats ont confirmé que la rupture de l’élément se produit consécutivement à la rupture d’un joint situé dans la lamelle inférieure de la poutre. Une optimisation plus poussée des paramètres d’aboutage permettrait d’augmenter considérablement la résistance du produit. Les poutres fabriquées et mises à l’essai ont atteint une résistance de 47,0 MPa pour le frêne d’Amérique et de 41,6 MPa pour le bouleau jaune, pour des modules d’élasticité respectifs de 15 078 et 16 712 MPa. La rigidité supérieure constitue un atout majeur du produit. / The current growing demand for engineered wood products in the construction sector is largely attributable to their outstanding ecological performance. Aware of the market opportunities as well as of the lack of high value-added opportunities for some wood species, industry and policy-makers from several jurisdictions have recently joined forces to develop products made from non-conventional species, especially with hardwoods. In addition to the possibility of creating products with a noble and distinctive appearance, the high mechanical properties of some hardwood species offer the opportunity to create engineered products of outstanding strength. The objective of this study was to assess the technical feasibility of a glued-laminated timber made from northeastern North American hardwood species. Work presented in the first chapter confirmed that it is feasible, using a modelling approach, to predict the UTS of white ash and yellow birch lumber from the density, dynamic modulus of elasticity, sinus of the maximum local grain deviation (SGDmax) and Knot Area Index (KAI). Work presented in chapter 2 has shown that acceptable wood failure levels can be achieved in bondline shear strength tests with commercially available structural adhesives. Tensile tests on finger-jointed lamellae presented in chapter 3, allowed to select the 15 mm finger joint as the most appropriate for the jointing of the investigated species. Bending tests conducted on full-size hardwood glued-laminated timber beams, also presented in chapter 3, confirmed the possibility to achieve a bending strength up to 47.0 MPa for white ash and 41.6 MPa for yellow birch, with a corresponding modulus of elasticity of respectively 15 078 and 16 712 MPa. Since the failure of the beams initiated at the finger joints, further study and optimization of the finger-jointing parameters would lead to a superior bending strength.

En Amérique du Nord, la coupe de jardinage a été implantée en réponse à plusieurs décennies de mauvaises pratiques forestières ayant laissé de grandes superficies de peuplements feuillus dégradés et de faible vigueur. Or, l’application de la coupe de jardinage dans un contexte industriel a produit des résultats variés et parfois peu convaincants sur sa capacité à améliorer la vigueur générale des peuplements et à fournir un rendement soutenu en bois de haute valeur. L’objectif général de ce projet de recherche était d’améliorer les prévisions de la croissance et de la mortalité des arbres feuillus à partir d’une meilleure évaluation de leur potentiel de croissance sur pied et de leur sensibilité aux conditions climatiques. Nos résultats ont d’abord montré un effet marginal du taux de dégagement induit par la coupe de jardinage sur la croissance et le taux de survie des arbres résiduels. Ce résultat s’explique en partie par une concentration de la récolte des arbres à l’intérieur et aux abords des sentiers de débardage, laissant ainsi de larges zones non traitées dans les peuplements résiduels. Dans les années suivant l’application du traitement, uniquement 24 % des arbres ont connu une hausse de croissance significative, un pourcentage de réaction de croissance légèrement inférieur à celui induit par les perturbations naturelles au cours des décennies précédentes. Nos analyses ont également montré qu’une réduction marquée de la croissance sur plusieurs décennies précédait 88 % des événements de mortalité post-récolte, et que les prévisions de ces événements pouvaient être significativement améliorées en considérant les tendances de croissance 25 ans avant la coupe. De plus, la présence de défauts affectant la vigueur des arbres au moment de la coupe était positivement reliée à la probabilité de mortalité et négativement reliée à la probabilité d’avoir une hausse de croissance après la coupe. Par ailleurs, nos analyses ont montré qu’une évaluation visuelle de la densité du houppier est l’indicateur le plus efficace pour estimer la vigueur et le potentiel de croissance sur pied de l’érable à sucre. Finalement, nos analyses des relations entre la croissance et les conditions climatiques ont montré un lien fort entre l’occurrence des stress climatiques ponctuels et une diminution de la croissance de l’érable à sucre. Les épisodes de gel-dégel de forte intensité ont été particulièrement dommageables en provoquant des baisses abruptes de la croissance dans les deux régions étudiées. À l’inverse, les analyses provenant des tendances climatiques mensuelles ont indiqué une relation faible et instable dans le temps avec la croissance. Nos résultats indiquent que l’effet synergique d’une accumulation de plusieurs stress climatiques et d’épidémies d’insectes défoliateurs au début des années 1980 a induit un changement important dans la dynamique de croissance de l’érable à sucre et sa réponse aux conditions climatiques mensuelles.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. [128]-150. Publié aussi en version électronique.

Le potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) est l’argument principal motivant l’implantation de nouvelles technologies bioénergétiques utilisant la biomasse forestière. Les bois dégradés sont abondants dans les peuplements feuillus et mixtes à feuillus durs du Québec. Ces bois ne sont pas récoltés en raison de la qualité de leur fibre qui ne satisfait pas les critères de l’industrie forestière conventionnelle. Notre étude avait comme objectif d’évaluer le potentiel de conversion biochimique et thermochimique des bois feuillus dégradés. Pour ce faire, nous avons évalué l’impact de la dégradation du bois sur ses propriétés chimiques et physiques, puis nous avons conduit deux tests de conversion : i) l’analyse du rendement de digestibilité enzymatique pour la voie biochimique; ii) l’évaluation de la stabilité et de l’efficacité de la combustion pour la conversion thermochimique. Une analyse d’ADN nous a permis de déterminer, pour chacun des échantillons, la proportion de l’abondance relative des champignons de pourriture blanche par rapport à l’ensemble des sa protrophes du bois. Les propriétés physiques et chimiques ont réagi de façon différente à l’augmentation du niveau de dégradation. L’ensemble de ces propriétés a cependant été maintenu dans l’intervalle de variations permettant au bois de rester propre à la conversion en bioénergie. Nous avons observé deux tendances selon lesquelles le rendement de digestibilité enzymatique ainsi que la performance de la combustion seraient améliorés par une augmentation de la proportion de pourriture blanche. Les résultats de notre étude démontrent que la matière première dégradée pourrait être utilisée au même titre que la matière première saine pour la conversion bioénergétique.

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le bois est une ressource renouvelable qui est utilisée comme matériau dans les produits d'apparence depuis des années. Malgré sa résistance mécanique supérieure, différents procédés de modification ont été développés pour améliorer la dureté du bois et en faire un matériau encore plus durable. L'imprégnation avec des monomères est une méthode de modification prometteuse, compte tenu de son coût et de sa disponibilité. Ce procédé est actuellement mis en oeuvre pour produire des composites bois-polymère (CBP), qui peuvent présenter des qualités physiques modifiées et améliorées par rapport à un produit en bois non traité. Le développement industriel est principalement concentré sur la production de ces composites pour de nombreuses applications telles que la construction civile, les meubles, les revêtements de sol et les équipements sportifs. Actuellement, l'imprégnation des monomères est réalisée par la méthode du vide-pression. Le produit chimique réalisable avec cette méthode est considéré comme élevé; dans certains cas, jusqu'à 200 %. Les produits CBP ont présenté des propriétés mécaniques améliorées et une meilleure résistance à l’absorption de l'eau. Cependant, le procédé d’imprégnation dure environ 1 heure et le bois doit être immergé dans le liquide (processus à cellules complètes de Bethell). Pour cela, ils peuvent être considérés comme un gaspillage tant sur la quantité de matériaux que sur la durée du processus. Des études antérieures ont conclu que la réalisation d'une imprégnation de monomère sur une surface de bois feuillus en utilisant une courte période de vide était réussie et pouvait réduire ces problèmes. Par conséquent, le besoin de moyens pour réduire le temps et le coût de l'imprégnation industrielle s'est formé. L'objectif de ce travail était d'évaluer les paramètres qui influencent la pénétration des monomères dans la surface tangentielle des échantillons de bouleau jaune (Betula alleghaniensis Brit.) et de chêne rouge (Quercus rubra L.). Les facteurs analysés étaient la viscosité des formulations monomères, la température de surface, le niveau de vide appliqué au procédé, le temps d’absorption et l’anatomie des échantillons. Après l’imprégnation, le gain de masse des échantillons a été calculé. La profondeur de pénétration du monomère a été calculée à l'aide des profils de densité (pour les échantillons de bouleau jaune) et la pénétration a été visualisée avec une imagerie par micro-tomographie aux rayons X. Les résultats ont montré que la température de surface n'a influencé le gain de masse pour aucune des espèces étudiées. Cependant, l'augmentation de la température a accéléré le processus de polymérisation des formulations monomères, ce qui peut avoir limité l'augmentation de la rétention chimique pour une température plus élevée. Les images de micro-tomographie après étude de la température ont montré que l'imprégnation était concentrée près de la surface des échantillons, c'est-à-dire qu'il n'y avait pas de pénétration profonde des monomères. La soumission des échantillons à un bref niveau de vide a augmenté le gain de masse des échantillons par rapport à l’imprégnation sous pression atmosphérique. La force motrice de la pénétration du monomère était la différence de pression imposée par le niveau de vide, qui a surmonté l'action capillaire. Pour les échantillons de bouleau jaune, la variation des niveaux de vide n'a pas affecté de manière significative les résultats de gain de poids, peut-être en raison de la taille de ses pores. Pour le chêne rouge, le niveau de vide était signifiant et la rétention chimique augmentait avec la différence de pression. Les scans micro-tomographiques ont montré une distribution plus contrôlée et uniforme des monomères. Enfin, le temps d'absorption après relaxation sous vide était significatif dans la rétention de monomère. Le contact des deux espèces avec les formulations pendant plus de 5 minutes a considérablement augmenté l’apport de monomères. Des scans aux rayons X ont montré que pour les deux espèces, plus de pores étaient remplis. La profondeur de pénétration n'a pas tellement augmenté pour le bouleau jaune, mais elle a augmenté pour le chêne rouge. Avec cela, on peut dire qu'un temps d'absorption plus prolongé permet à la capillarité de continuer à remplir les récipients vides du bois jusqu'à ce que la pression interne soit égale à la pression externe. Cette recherche peut encourager des travaux futurs pour étudier la faisabilité de la réduction des cycles vide-pression dans les procédés industriels. Cette méthode peut permettre de densifier la surface d'intérêt d'un produit en bois de manière contrôlée, avec des coûts réduits et d'éviter le gaspillage de matière d'imprégnation. / Wood is a renewable resource that has been used as a material in appearance products for years. Despite its superior mechanical resistance, different modification processes have been developed to enhance the hardness of wood and make it an even more durable material. Impregnation using monomers is a promising modification method, given its cost and availability. This process is currently being implemented to produce wood polymer composites (WPC), which can have modified and improved physical qualities compared to an untreated wood product. Industrial development is mostly focused on the production of these composites for many applications such as civil construction, furniture, flooring and sports equipment. Currently, monomer impregnation is carried out by the vacuum-pressure method. The amount of chemical that can be obtained by this method is considered to be high; in some cases, up to 200%. The WPCs produced have improved mechanical properties and greater resistance to water impregnation. However, the impregnation process takes about 1 hour, and the wood must be immersed in the liquid (Bethell’s full-cell process). This can be seen as a waste of both material and time in the process. Previous studies have concluded that performing a monomer impregnation on a hardwood surface using a short vacuum period was successful and could reduce these problems. Therefore, it became necessary to find ways to reduce the time and cost of industrial impregnation. The objective of this work was to evaluate the parameters influencing monomers penetrationin tangential surface samples of yellow birch (Betula alleghaniensis Brit.) and red oak (Quercus rubra L.). The factors analyzed were the viscosity of the monomer formulation, surface temperature, vacuum level applied to the process, sample anatomy, and absorption time. After impregnation, the weight gain of the samples was calculated. The penetration depth of the monomer was calculated using density profiles (for yellow birch samples) and the penetration was visualized using X-ray tomography imaging. The results showed that surface temperature did not influence weight gain for any of the species studied. However, the increase in temperature accelerated the polymerization process of monomeric formulations, which may have limited the increase in chemical retention at higher temperatures. Microtomographic images after the temperature study showed that the impregnation was concentrated near the surface of the samples, i.e., there was no deep penetration of monomers. Subjecting the samples to a short vacuum level increased the weight gain of the samples compared to impregnation under atmospheric pressure. The driving force behind the monomer penetration was the pressure difference imposed by the vacuum level, which overcame capillary action. For Yellow birch samples, the variation of vacuum levels did not significantly affect the weight gain results, possibly due to the size of its pores. For red oak, the vacuum level was significant, and the chemical retention increased with pressure differential. Microtomographic scans showed a more controlled and uniform distribution of the monomers. Finally, the absorption time after vacuum relaxation was significant in monomer retention. The contact of both species with the formulations for more than 5 minutes significantly increased monomers intake. X-ray scans showed that for both species, more pores were filled. The depth of penetration did not increase so much for yellow birch but increased for red oak. Thus, it can be said that a longer absorption time allows capillarity to continue filling the empty vessels of the wood until the internal pressure is equal to the external pressure. This research may encourage future work to study the feasibility of reducing vacuum pressure cycles in industrial processes. This method can enable hardening the surface of interest of a wood product in a controlled manner, with reduced costs and avoid wasting of impregnation materials.