Le phénomène grandissant de morcèlement des forêts boréales matures est une source de préoccupation importante pour l'industrie forestière du Québec en raison de l'augmentation des coûts d'approvisionnement qu'il induit. Effectivement, les déplacements de machinerie plus fréquents ainsi que l'augmentation du nombre de chemins à aménager impactent la rentabilité des opérations forestières en forêt morcelée. L'évolution de ce contexte impose la recherche de solutions, incluant l'adaptation des systèmes de récolte utilisés, qui n'ont que très peu été étudiées à ce jour. Le principal objectif de cette maîtrise est d'identifier des systèmes adaptés à la récolte de forêts morcelées, permettant d'amoindrir l'impact financier du morcellement sur l'approvisionnement. Toutes les alternatives possibles se doivent d'être considérées dans la réflexion menant à l'implantation de solutions en forêt. Une approche de sélection employant des analyses successives fut préconisée, de manière à sélectionner itérativement un sous-ensemble de solutions potentielles. Dans un premier temps, une revue exhaustive des systèmes de récolte permit d'en décrire plus de 1 000 différents. De ce nombre, vingt-huit furent retenus pour leur potentiel d'application en forêt morcelée. Ceux-ci furent comparés à l'aide d'un modèle d'évaluation multicritère impliquant des experts. Sept systèmes se démarquèrent des autres, mettant en évidence l'intérêt de considérer l'implantation de systèmes actuellement inexistants au Québec. Une simulation déterministe fut réalisée afin d'estimer les coûts des solutions potentielles et ainsi affiner l'identification de la meilleure alternative. Les résultats démontrent le potentiel du système de bois tronçonnés utilisant des camions auto-chargeurs à grue détachable en contexte de forêt morcelée. L'utilisation du porteur pour charger les camions est également une alternative intéressante, notamment pour la simplicité de son adaptation par rapport au système de bois tronçonnés classique. Il serait à présent intéressant de tester ces systèmes dans un contexte opérationnel contrôlé avant d'en proposer un déploiement à plus grande échelle. / Fragmentation in mature boreal forests is a growing concern for the forest industry of Quebec, due to the increase of wood procurement costs. The more frequent machine relocations and the increasing number of roads to build and maintain compromise the profitability of fragmented operations. This changing reality needs to be addressed, starting with re-evaluating the current operational systems used in fragmented forests, which have received little attention so far. The objective of this master's degree is to identify the most cost-effective harvest systems in fragmented forests. Doing so requires a methodology compatible with the evaluation of a very wide range of potential solutions that can be implemented in these forests. The elaborated approach is based on subsequent analysis gradually reducing the number of alternatives and precising the identification of the best subset. First, an in-depth review of harvest systems resulted in the description of over 1,000 distinct alternatives. Only twenty-eight were considered as conceivable alternatives in the studied context. A multi-criteria evaluation approach involving experts from the forest industry revealed the superiority of seven potential solutions. Lastly, a deterministic simulation model was developed to estimate the harvest costs associated with each system in case studies and narrow down the selection of the best alternative. The results demonstrate the potential of the cross-cut timber system using self-loading trucks with detachable cranes in a fragmented forest context. Of the seven systems, the cut-to-length systems using either removable crane self-loader trucks or forwarders to load trucks presented lower costs in fragmented forest stands. It would now be interesting to test these systems in a controlled operational context before considering large-scale implementation.

Le phénomène grandissant de morcèlement des forêts boréales matures est une source de préoccupation importante pour l'industrie forestière du Québec en raison de l'augmentation des coûts d'approvisionnement qu'il induit. Effectivement, les déplacements de machinerie plus fréquents ainsi que l'augmentation du nombre de chemins à aménager impactent la rentabilité des opérations forestières en forêt morcelée. L'évolution de ce contexte impose la recherche de solutions, incluant l'adaptation des systèmes de récolte utilisés, qui n'ont que très peu été étudiées à ce jour. Le principal objectif de cette maîtrise est d'identifier des systèmes adaptés à la récolte de forêts morcelées, permettant d'amoindrir l'impact financier du morcellement sur l'approvisionnement. Toutes les alternatives possibles se doivent d'être considérées dans la réflexion menant à l'implantation de solutions en forêt. Une approche de sélection employant des analyses successives fut préconisée, de manière à sélectionner itérativement un sous-ensemble de solutions potentielles. Dans un premier temps, une revue exhaustive des systèmes de récolte permit d'en décrire plus de 1 000 différents. De ce nombre, vingt-huit furent retenus pour leur potentiel d'application en forêt morcelée. Ceux-ci furent comparés à l'aide d'un modèle d'évaluation multicritère impliquant des experts. Sept systèmes se démarquèrent des autres, mettant en évidence l'intérêt de considérer l'implantation de systèmes actuellement inexistants au Québec. Une simulation déterministe fut réalisée afin d'estimer les coûts des solutions potentielles et ainsi affiner l'identification de la meilleure alternative. Les résultats démontrent le potentiel du système de bois tronçonnés utilisant des camions auto-chargeurs à grue détachable en contexte de forêt morcelée. L'utilisation du porteur pour charger les camions est également une alternative intéressante, notamment pour la simplicité de son adaptation par rapport au système de bois tronçonnés classique. Il serait à présent intéressant de tester ces systèmes dans un contexte opérationnel contrôlé avant d'en proposer un déploiement à plus grande échelle. / Fragmentation in mature boreal forests is a growing concern for the forest industry of Quebec, due to the increase of wood procurement costs. The more frequent machine relocations and the increasing number of roads to build and maintain compromise the profitability of fragmented operations. This changing reality needs to be addressed, starting with re-evaluating the current operational systems used in fragmented forests, which have received little attention so far. The objective of this master's degree is to identify the most cost-effective harvest systems in fragmented forests. Doing so requires a methodology compatible with the evaluation of a very wide range of potential solutions that can be implemented in these forests. The elaborated approach is based on subsequent analysis gradually reducing the number of alternatives and precising the identification of the best subset. First, an in-depth review of harvest systems resulted in the description of over 1,000 distinct alternatives. Only twenty-eight were considered as conceivable alternatives in the studied context. A multi-criteria evaluation approach involving experts from the forest industry revealed the superiority of seven potential solutions. Lastly, a deterministic simulation model was developed to estimate the harvest costs associated with each system in case studies and narrow down the selection of the best alternative. The results demonstrate the potential of the cross-cut timber system using self-loading trucks with detachable cranes in a fragmented forest context. Of the seven systems, the cut-to-length systems using either removable crane self-loader trucks or forwarders to load trucks presented lower costs in fragmented forest stands. It would now be interesting to test these systems in a controlled operational context before considering large-scale implementation.

La récolte de la biomasse arbustive en plantation peut être effectuée sous diverses formes : en copeaux, en bâtonnets, en tiges complètes ou en tiges enroulées en balles rondes. Cette dernière méthode de récolte permet de manutentionner facilement la biomasse en plus de favoriser un séchage naturel durant l’entreposage. Une nouvelle machine qui produit des balles rondes de biomasse, le Biobaler® WB-55, a été évaluée en plantations arbustives ainsi qu’en milieux naturels en 2009 et 2010. Ce mémoire étudie principalement les performances du Biobaler® lors de 19 essais en plantations pour un total de 546 balles récoltées. Le rendement récolté moyen était de 19,41 t de matière sèche (MS) /ha et variait entre 9,68 et 31,84 t MS/ha. La masse moyenne des balles était de 427 kg de matière humide (MH) (218 kg MS). La densité moyenne des balles était de 138 kg MS/m³. La teneur en eau moyenne était de 48,6% et variait entre 40,8% et 56,0% sur une basse humide (b.h.). La capacité moyenne de pressage était de 35 balles/h (7,69 t MS/h), la capacité maximum de 48 balles/h (10,53 t MS/h) et la capacité minimum de 23 balles/h (4,06 t MS/h). La consommation moyenne de diesel avec un tracteur de 138 kW était de 3,91 l/t MS et variait entre 2,12 l/t MS et 6,96 l/t MS. Les pertes moyennes relatives au champ étaient de 11,3% et variaient entre 5,7 et 20,1%. Le coût de pressage en plantation a été estimé en moyenne à 20,95 $/ t MS (4,47 $/balle) et a varié entre 14,65 et 36,54 $/ t MS. Sept méthodes de récolte qui incluaient le pressage, le transport au champ et le broyage ont ensuite été évaluées à l’aide de la méthode AHP (Analytic Hierarchy Process). Le coût de récolte a varié entre 32,72 et 44,07 $/t MS (1,83 et 2,46 $/GJ) en plantation et entre 57,84 et 76,74 $/t MS (3,23 et 4,29 $/GJ) en milieu naturel. Suite à l’étude AHP, il a été établi que la meilleure méthode pour récolter la biomasse avec le Biobaler® incorporait une autochargeuse avec un tracteur de 86 kW et un broyeur forestier avec un moteur diesel de 242 kW. Finalement, le coût de transport de la biomasse broyée pour une distance moyenne de 50 km sur route aller-retour a été évalué à 10,72 $/t MS (0,60 $/GJ). Le coût de transport en balles rondes non broyées a été évalué à 9,16 $/t MS (0,51 $/GJ) / Biomass harvesting in plantations can be done in various forms: chips, billets, loose stems or stems rolled up in round bales. The latter method allows easy handling and moving of the biomass in addition to promoting natural drying during storage. A new machine that produces round bales of biomass, the Biobaler ® WB-55, was tested in plantations and on fallow land in 2009 and 2010. This master’s thesis reports mainly the performance of the Biobaler ® during 19 trials in plantations for a total of 546 bales harvested. The average harvested yield was 19.41 t dry matter (DM) / ha and ranged from 9.68 to 31.84 t DM / ha. The average mass of a bale was 427 kg wet matter (WM) (218 kg DM). The average density of bales was 138 kg DM / m³. The moisture content averaged 48.6% and ranged between 40.8% and 56.0% wet basis (w.b.). The average capacity of baling was 35 bales / h (7.69 t DM / h), the maximum capacity was 48 bales / h (10.53 t DM / h) and the minimum capacity was 23 bales / h (4.06 t DM / h). The diesel consumption with a tractor of 138 kW averaged 3.91 l / t DM and ranged from 2.12 to 6.96 l / t DM. The relative loss in the field averaged 11.3% and ranged between 5.7 and 20.1%. The baling cost averaged $ 20.95 / t DM ($ 4.47 / bale) and varied between $ 14.65 and $ 36.54 / t DM. Seven harvest methods that included baling, displacement of bales in the field and grinding were evaluated using the AHP method (Analytic Hierarchy Process). The cost of harvesting ranged between $ 32.72 and 44.07 / t DM ($ 1.83 and 2.46 / GJ) in plantations and between $ 57.84 and 76.74 / t DM ($ 3.23 and 4.29 / GJ) in fallow land. Following the AHP study, it was determined that the best method for harvesting biomass with the Biobaler ® incorporated a self loading bale carrier with a tractor of 86 kW and a forestry grinder with a diesel engine of 242 kW. Finally, the biomass transport cost for an average round-trip distance of 50 km was estimated at $ 10.72 / t DM ($ 0.60 / GJ). The transport cost of unprocessed round bales was estimated at $ 9.16 / t DM ($ 0.51 / GJ).

Des études récentes démontrent que l'impact économique lié au concept d'aménagement forestier en coupe dispersée dépend directement du niveau de morcellement et de l'agencement des interventions. Les objectifs de cette étude sont donc, dans un premier temps, de caractériser les différentes mosaïques d'intervention à l'aide de la science géomatique et, en second lieu, d'élaborer des fonctions de coût associées aux différents paramètres opérationnels. Les indices de paysage (IP) ont été utilisés afin d'atteindre le premier objectif de caractérisation. Les IP sont issus du domaine de l'écologie du paysage et permettent la quantification objective de la structure du paysage étudié. La seconde partie du projet a consisté à observer les corrélations possibles entre les IP et les différents éléments budgétaires (distance de transport, distance de débardage etc.) qui composent les coûts d'approvisionnement. L'étude a été réalisée avec les données des historiques d'intervention de trois aires communes distinctes les unes des autres.

L’industrie forestière compte pour une partie importante de l’activité économique québécoise et de nombreuses communautés en dépendent. Dans les forêts naturelles, la grande diversité d’espèces d’arbres et de qualité des tiges accroit la complexité des opérations de triage et de gestion des flux. De plus, l’éloignement de la ressource forestière entraîne des coûts de transport élevés. Par ailleurs, la littérature scientifique démontre que la mutualisation du transport s’avère profitable (Epstein et al. 2007), mais qu’elle est cependant fort complexe à déployer (Frisk et al. 2010). Finalement, la transition de systèmes de production en flux poussés vers des systèmes en flux tirés et les difficultés récentes de cette industrie (déclin du secteur des pâtes et papiers, crise immobilière de 2008-09, etc.) rendent d’autant plus pertinent d’examiner des façons de mieux tirer profit de la ressource forestière. À cet égard, la création de cours de triage et de consolidation qui soient distinctes des sites en forêt et des usines offre de multiples occasions de maximisation de la valeur et de minimisation des coûts. De tels centres représentent cependant un défi important quant à leur gestion quotidienne et à leur insertion dans le réseau logistique déjà en place. Nous posons donc l’hypothèse que certains facteurs économiques, logistiques et environnementaux, permettraient à un centre logistique forestier comprenant une cour de triage et une coordination du transport de créer des économies de coût, notamment par l’entremise de l’utilisation du transport hors norme (Chan et al. 2008a) et de coûts de triage plus bas (tel que nous pouvons le déduire de Favreau 1995). Nous pensons également que le fait d’effectuer des activités de triage au centre procurerait une valeur économique supplémentaire aux entreprises utilisant ses services, en limitant le taux d’erreur dans la classification des billes tel que relevé dans Sessions (2005). Cette thèse vise donc à identifier certains facteurs clés influençant la profitabilité d’un centre logistique forestier régional comportant une cour dédiée au triage et une coordination du transport. Par la suite, nous prenons en comptes ces facteurs lors du développement d’un modèle de maximisation des profits d’un réseau logistique forestier comprenant ou non une cour dédiée au triage ainsi que l’utilisation des retours en charge. Nous avons d’abord appliqué ce modèle à un cas théorique et réaliste et nous avons obtenu des gains potentiels atteignant 0,88$ de profit supplémentaire par m3 disponible à la récolte sur l’ensemble du réseau. Nous avons par la suite utilisé ce modèle pour optimiser un cas d’étude plus complexe et analyser le fonctionnement du réseau y compris en le modifiant. Une analyse de sensibilité révéla que plusieurs facteurs tels que la distance des zones de récolte, le nombre de camions hors norme et le niveau des redevances avaient une influence significative sur la profitabilité du centre projeté. Enfin, dans le cas d’étude, nous avons décelé un effet dynamique entre l’opération d’une cour de triage et l’utilisation des retours en charge. L’ajout d’une cour de triage permet ainsi de réduire la durée moyenne des routes de livraison en scindant en deux les flux de matière entre les forêts et les usines, ce qui facilite le respect des limites de durées de conduite. Surtout, une telle cour fait en sorte qu’un même site peut servir autant comme origine que comme destination, ouvrant la porte à d’importantes réductions du transport à vide. / The forest industry represents an important part of Quebec’s economic activity and many local communities depend on this sector. In natural forests, the great diversity of tree species and quality brings an added complexity for sorting operations and the flow of resources. Furthermore, the remoteness of the resource implies high transportation costs. Scientific literature demonstrates that sharing transportation capacity can result in important cost reductions (Epstein et al. 2007), but is quite complex to put into place (Frisk et al.2010). Finally, the transition from push systems towards pull type supply chains and the recent difficulties for this industry (decline of the pulp and paper sector, housing crisis of 2008-09, etc.) make it all the more relevant to examine how to better use the wood resource. In this regard, the creation of sort yards, distinct from both the harvesting sites and the mills, offers many opportunities for maximizing value and minimizing costs. Such centers however, represent an important challenge in regards to their daily management and their insertion in the pre-existing logistics network. We therefore hypothesize that for certain economic, logistical and environmental factors, a logistics center comprised of a sort yard and transportation coordination, could generate cost savings, especially through the use of oversize trucks (Chan et al. 2008) and lower sorting costs (as can be deduced from Favreau 1995). We also sense that the sorting activities performed in such a center would also procure an added economic value for companies using its services by limiting the error rate in the classification of the logs, as presented in Sessions (2005). The purpose of this thesis is therefore to identify key factors regarding their impact on the profitability of a regional forest logistics center, combining a specific sort yard and the use of backhauling. Following this, we consider these factors in the development of a profit maximization model for a forest logistics network with the option of using such a sort yard and/or backhauling. This model was first applied to a fictitious but realistic case using generated data in order to estimate the magnitude of potential profit improvements which reached up to $ 0.88 per m3 available for harvest. The model was then applied to optimize a real and complex network to analyze its performance as well as slightly modified versions. A sensitivity analysis was also conducted and revealed that many factors such as distances from the harvesting zones, the number of oversize trucks and the level of stumpage fees had a significant influence on the profitability of such a center. In addition, a dynamic effect between the operation of the yard and the use of backhauling was observed for the real case. The addition of a sort yard allows to reduce the average length of delivery routes by breaking in two the flow of material between the harvesting areas and the production mills. This makes it easier to fit delivery routes within the legal driving time limit. Most importantly, such a yard can serve both as an origin and a destination, therefore opening the door to important reductions in deadheading.