La planification de l’approvisionnement forestier est une tâche complexe nécessitant la prise en compte de plusieurs facteurs qui opèrent dans un contexte instable. Au cours des dernières années, des modèles mathématiques ont été développés pour supporter les entreprises forestières dans leur processus de planification de l’approvisionnement. Néanmoins, le nouveau régime de gestion de la ressource établi par le gouvernement implique maintenant un marché libre de bois, ce qui engendre une nouvelle source d’incertitude. Les modèles d’approvisionnement forestier développés deviennent ainsi incomplets. L’objectif de cette recherche est donc de guider les industriels forestiers dans la planification de leur approvisionnement tout en leur offrant une approche de mise optimale dans le cadre d’enchères scellées au premier prix. Pour ce faire, nous avons exploré différentes stratégies d’approvisionnement regroupant un modèle de base avec approvisionnement via le bois garanti et les enchères, un autre incluant l’achat sur terres privées et un dernier prenant en considération la collaboration entre des partenaires industriels pour la mise aux enchères. Les modèles de planification des opérations forestières élaborés cherchent à maximiser le profit d’une compagnie forestière, tout en sélectionnant la combinaison optimale de secteurs forestiers sur lesquels miser dans les ventes aux enchères. Les résultats pour le cas étudié montrent qu’une compagnie qui applique l’approche de mise optimale proposée obtient une moyenne de gain plus élevée que les autres soumissionnaires qui n’appliquent pas une telle approche. De plus, lorsque la compagnie forestière intègre dans sa planification l’approvisionnement via des forêts privées, elle peut obtenir un profit plus élevé (augmentation de 5% par rapport au modèle de base). La collaboration s’avère la stratégie d’approvisionnement qui offre le profit le plus élevé pour la compagnie tout en permettant une utilisation plus efficace de la ressource forestière.

La planification tactique des opérations forêt-usines est centrée sur trois éléments principaux : la récolte, le transport et la transformation du bois. La planification de cette chaine d’approvisionnement est très complexe. Il existe déjà des outils pour faciliter la décision de décideur tels que FPInterface et Optitek, tous deux développés par FPInnovations. Cette mémoire vise à développer un module d’optimisation qui est connecté aux utiles de simulation. LogiOpt est constituée d'un modèle mathématique. Le modèle développé vise l’optimisation de la chaîne d’approvisionnement entre la forêt et l’usine en concentrant les efforts sur les activités que l’entreprise planifie conjointement avec son entrepreneur d’opérations forestières principal. Grâce à ces solutions de logiciels de simulation et de notre modèle mathématique, nous combinons à la fois dans notre cadre récolte, le transport, l'allocation des bois et des opérations de production. Pour tester notre model mathématique, nous avons utilisé les données d’une année d’exploitation à une entreprise québécoise œuvrant dans le milieu forestier. Nous avons comparé nos résultats avec un plan tactique manuel « simulé ». De ce fait, nous avons constaté que LogiOpt effectue une meilleure allocation de la matière première en allant récolter dans moins de blocs de récolte tout en utilisant des bois ayant un meilleur rendement en usine. Conséquemment, on produit plus de produits finis en usine tout en utilisant la même quantité de bois qu’un plan tactique plus traditionnel. / Forest and sawmills tactical planning is based on three main elements: wood harvesting, wood transportation and wood transformation. Planning the whole supply chain, is quite complex. Tools have been built to help manager in his decision process, for example FPInterface and Optitek, which were developed by FPInnovations. The aim of this thesis is to develop an optimization module, LogiOpt, which will be integrated to simulation tools. LogiOpt is made of a mathematical model. The developed model aims at optimizing the supply chain between the forest and the mills. Using simulation software solutions and our mathematical model, we combine at the same time in our framework harvesting, transportation, wood allocation and production operations. To test our mathematical model, we used data obtained from one business year of a Quebec based wood manufacturer. We compared our results with a manual simulated tactical plan. In this regard, we observed that LogiOpt performs better in wood allocation between sawmills, harvesting in less harvesting while using wood with better output. We then end up producing more finished products at sawmills using the same wood quantity as a traditional tactical plan.

Un défi important dans l'industrie forestière consiste à réduire les coûts de transport globaux entre les fournisseurs et les clients. L'industrie forestière déplace de grandes quantités de bois des zones de récolte vers les terminaux et les usines. Lorsque de nombreuses organisations sont impliquées, une collaboration entre les fournisseurs et une utilisation efficiente des allocations permettent de trouver de meilleures solutions. Les allocations sont généralement basées sur des flux directs entre les noeuds d'approvisionnement et de demande. Cependant, de meilleures solutions peuvent être trouvées lorsque des itinéraires de retour en charge sont utilisés. Ceux-ci sont difficiles à trouver lorsque plusieurs parties prenantes sont impliquées, mais l'ajout d'informations provenant de la production de la récolte peut supporter une meilleure collaboration entre les fournisseurs ainsi que la détermination de plans plus efficients. Le but de ce projet est d’élaborer un modèle capable de résoudre le problème de la livraison des multi-dépôts aux multi-clients, sur plusieurs périodes de temps, en minimisant les coûts de transport de différents types de bois. Proposer une nouvelle méthode pour le cas quand les clients seulement réceptionnent produits de fournisseurs fixés à l’avance. En outre, il analyse différentes méthodes de paiement des itinéraires de transport, afin de terminer un mécanisme qui incite les fournisseurs de transport à avoir recours au transport collaboratif. Nous décrivons les résultats obtenus avec une entreprise de pâtes et papiers au Québec, Canada. / One important challenge in the forestry industry is to reduce the overall transportation cost between suppliers and clients. The forestry industry moves large quantities of wood from harvest areas to terminals and mills. When many organizations are involved, a collaboration between the suppliers as well as an efficient use of allocations, achieve better solutions. Allocations are typically based on direct flows between supply and demand nodes. However, better solutions can be found when return trip routes are used. These are difficult to find when there are several stakeholders involved, but adding information from harvest production can establish better collaboration between suppliers as well as more efficient plans. The purpose of this project is to define a model that can resolve the delivery from multidepots to multi-customers, in a multi-period of time, minimizing the cost of transport for different types of timber. To propose a novel method for scenarios where the clients only receive products from pre-determined suppliers. Also, it analyzes different methods of transport payment for backhaul routes, in order to establish a mechanism that encourages the transport suppliers to use collaborative transport. We describe results obtained with a pulp and paper company in Quebec, Canada.

Bien que les stratégies de gestion du risque et de l'incertitude soient de plus en plus reconnues comme une dimension critique de l’aménagement des ressources naturelles, leur mise en œuvre reste encore à développer. Cependant la gravité du risque, les dommages potentiels qui y sont associés ainsi que sa probabilité d’occurrence demeurent souvent méconnus. Cette étude analyse différentes stratégies de gestion des risques utilisées dans la planification de l’aménagement forestier. Nous avons évalué des stratégies qui pouvaient protéger le niveau de récolte face aux risques de feu. Un modèle d'optimisation et de simulation a été conçu pour évaluer l'impact du risque de feu sur les calculs de possibilité forestière dans un contexte d’aménagement écosystémique de la zone boréale de la province de Québec au Canada. Nous avons comparé deux stratégies de mitigation des impacts. La stratégie dans laquelle les coûts d’une prime d'assurance sont pris en compte s’est révélée relativement meilleure que celle consistant à une mise en réserve de bois (chapitre I). Nous avons également évalué une stratégie menant à l’exclusion des peuplements les plus vulnérables au feu en raison de leur faible taux de croissance (chapitre II). Cette stratégie s’est également révélée meilleure que celle visant la mise en réserve de bois. Finalement, nous avons évalué le potentiel que présente la coupe partielle comme stratégie visant à réduire le temps d’exposition au risque. Combinée la mise en réserve de bois (fond de réserve), la coupe partielle s’avère un outil des plus utile (chapitre III). L’étude révèle qu’une stratégie ciblée telle que l’exclusion des peuplements vulnérables ou l’augmentation de la proportion des coupes partielles performe mieux qu’une stratégie non ciblée telle que le fond de réserve. Bien que nous ayons abordé différentes stratégies d’aménagement forestier dans cette thèse, des points importants restent encore à éclaircir, en particulier la tolérance au risque et le contexte dans lequel il se développe. / Although, management strategies dealing with risk and uncertainty have become a critical issue over the past several years, solutions are still to be developed. However, how can one judge the severity of risk when the potential damage and its probability are unknown? This study develops a framework for analyzing risk management strategies in forest management planning. We delineated how these management strategies could address the risk to protect timber harvest against disruptions. We tested optimization and simulation model to estimate the impact of risk associated with fire in timber supply calculations in an ecosystem context in boreal zone of the province of Quebec, Canada. Since paying, an insurance premium appeared to produce better results than partitioning buffer stock, (chapter I). The rating of wood volume available to harvest as a function of its vulnerability to fire can be used to reduce the impacts of fire on timber supply (chapter II). This idea was extended to test the adaptability of partial cutting coupled with buffer stock and accounting for the uncertainty induced by fire and projected climate scenarios (chapter III). As there are different levels of risk and different levels of tolerance to risk, the study results have shown that the process of risk evaluation itself needs to be accepted in its degree of uncertainties and its severity. As far as the insurance is concerned, it looks like a good strategy, but find an insurance company that is interested enough to believe there are enough potential customers to pay the premiums to make a profit could be required. The results also reveal that a targeted strategy such as excluding vulnerable stands from timber supply or adaptation of silvicultural treatment such as partial cutting may greatly interesting when facing risk scenario. Although, we covered different forest management strategies in this thesis, important issues still need to be considered in order to improve the knowledge associated with risk of fire; especially the context in which it develops.

Les feux sont un phénomène naturel dans la forêt boréale du Canada. Ils sont étroitement liés à la croissance et au développement de cet écosystème. Cependant, l’augmentation des activités anthropiques associées au changement climatique graduel peuvent provoquer un accroissement des épisodes de feux. Un tel accroissement pourrait avoir des effets indési-rables sur l'industrie forestière en raison d’une rupture de l'approvisionnement en bois sur une période de planification à long terme. Cette thèse explore une approche alternative pour concevoir des stratégies qui réduiront l'impact potentiel des feux de forêt sur les revenus à long terme générés par la vente de produits forestiers ciblés, et ce, au moyen d’une politique d’aménagement forestier spécifique. L'étude est basée sur les données de trois unités d’aménagement forestier localisées dans la région boréale de la province de Québec au Ca-nada. Les modèles de politique de planification de la récolte forestière ont été résolus en utilisant la programmation linéaire intégrée avec un taux de brûlage constant. Les options de récolte prescrites par les modèles de planification ont été évaluées à l’aide d’un modèle de simulation de paysage intégré avec un taux de brûlage stochastique. Parmi les quatre modèles pris en compte, le modèle verticalement intégré (modèle 4) a géné-ré les revenus les plus élevés tout en ayant les variations les moins importantes de revenu au sein et entre les périodes pour l'horizon de planification. Ce modèle a permis de maximiser la valeur actuelle nette des recettes provenant de la vente de produits de première transfor-mation pour les deux premières périodes soumis à une récolte forestière constante et à des volumes de bois récupérés durant une période de planification complète. Les revenus plus élevés et les variations plus faibles suggèrent que le modèle peut réduire le risque des im-pacts des feux de forêt sur les revenus comparativement aux trois autres modèles, y compris le modèle de rendement soutenu qui maximise le volume de la récolte soumis à des flux constants du volume de récolte durant une période de planification (modèle 1). L'analyse des dépenses de gestion des incendies a démontré que l’augmentation de telles dépenses peut réduire le coût de lutte contre les feux et augmenter les revenus de la récolte tout en diminuant la variabilité. Cependant, il y a un niveau optimal de dépense qui dépend de la structure forestière et des régimes de feux. Par conséquent, une répartition optimale des dépenses de prévention peut réduire le risque d'impact du feu sur l’économie forestière à long terme. La pérennité des écosystèmes est importante en gestion forestière. Par conséquent, l'intégri-té écologique est de plus en plus préoccupante en ce qui concerne les forêts publiques cana-diennes qui sont aménagées à des fins commerciales. La mise en œuvre d’une politique de récolte exigeant la conservation des vieilles forêts tout en tenant compte de l'impact poten-tiel du feu peut avoir des effets négatifs sur les revenus. Les impacts peuvent être réduits en choisissant une politique de gestion forestière alternative. La réduction des revenus à court terme peut être compensée par des retours à long terme générés par la valeur ajoutée asso-ciée à l'âge du bois en utilisant des politiques alternatives. Finalement, les résultats démontrent que le modèle de planification de la récolte intégrée verticalement et l’optimisation des efforts de gestion du feu peuvent accroître les revenus à moyen et à long terme de l'industrie forestière. Le modèle réduit le risque de perte de reve-nus lié à la rupture de l'approvisionnement lorsque l'impact du feu est inclus dans le proces-sus de planification. De plus, les solutions prescrites dans ce modèle aident à réduire le taux de récolte et à augmenter le volume des stocks qui peut être un coussin en prévision des feux qui surviennent de façon très variable au cours des périodes de l’horizon de planification. / Forest fire is a natural process in the boreal forest region of Canada and it is strongly con-nected to forest growth and development. Yet, increasing anthropogenic activities coupled with gradual climate change can increase fire occurrence and area burned. Such an increase may cause adverse impacts on the forest-based economy by the potential disruption of tim-ber supply over a long-term planning horizon. This thesis explores an alternative approach to designing strategies to reduce the potential impact of fire on long-term revenues generated by the sale of prescribed harvest products using a specified forest management policy. The study is based on data from three commercially-managed forests located in the boreal forest region of the province of Quebec, Canada. The harvest planning policy models were solved using a constant average annual burn rate-embedded in a linear programming model. The harvest solutions prescribed by the planning model were evaluated by implementing them in a stochastic landscape simulation model. Among the four policy models examined, vertically integrated model (model 4) generated the highest revenue with the least within- and among-period variation in revenue over the planning horizon. This model maximized the net present value from the sale of primary-processed wood products for the first two periods subjecting to the constant flows of har-vest timber and recovered lumber volumes for an entire planning horizon. The higher reve-nue and lower variation suggest that the model can have lower risk of fire impacts on reve-nue compared with the other three models including the status quo sustained-yield policy model (model 1) that maximizes harvest timber volume subject to constant flows of the harvest volume over the planning horizon. Analysis of fire management expenditures demonstrated that increased presuppression ex-penditure can reduce suppression costs and increase the revenue from the harvest while lowering the variability. However, there is an optimal level of expenditure, which depends on the structure of the forest and fire regimes. Hence, an optimal allocation of presuppres-sion expenditure can reduce the risk of the fire on the long-term economics of the forest. Ecosystem sustainability is important for forest management. Therefore, ecological integrity is of increasing concern with respect to commercially-managed public forests in Canada. Implementation of a harvest policy with strict requirement of old-growth forest area con-straint while accounting for the possible impact of fire can have adverse impacts on reve-nue. The impacts can be reduced by selecting alternative forest management policies. The short-term reduction in revenue from harvests can be compensated for by long-term eco-nomic returns provided by age-related value accumulation of the harvest timber using alter-native policies. Finally, based on the results, the vertically integrated harvest planning model coupled with optimal fire management efforts can increase long-term average revenue to wood industry. The model lowers the risk of loss of revenue due to supply disruptions when the impact of fire is accounted for in the planning process. In addition, the solutions prescribed by this model help reduce the harvest rate and increase stock volume which can act as a buffer for the highly variable potential fires in the successive periods over a planning horizon.

La planification des approvisionnements forestiers est un processus ayant des impacts importants autant sur la forêt que sur ses utilisateurs. Plusieurs outils d’aide à la décision ont été développés dans des contextes scientifiques et professionnels pour supporter les planificateurs dans leurs prises de décisions. Cependant, des problèmes résident toujours au niveau du processus décisionnel. Il est évident que le contexte forestier est complexe et incertain. Il est caractérisé par une multitude d’intervenants qui opèrent dans un environnement instable. Il a été démontré dans plusieurs travaux que dans un contexte incertain, les coûts liés au développement des outils d’aide à la décision sont élevés malgré que les plans fournis sont susceptibles à plusieurs modifications voire même des remplacements. Ce mémoire étudie la planification des approvisionnements forestiers en matière de performance en tant que variable bidimensionnelle qui dépend de la performance des plans et surtout de la performance du processus de planification. Dans un contexte incertain, il serait plus avantageux de fournir l’effort dans l’amélioration de la performance du processus de planification. Pour mener cette étude, des critères ont été fixés lors d’une étude générique du processus de planification au Québec. L’évaluation a été basée sur des entrevues et un sondage. Une étude de cas est ensuite présentée. L’objectif est de suivre les planificateurs de la région étudiée dans leurs processus, de comprendre les interactions entre les différents intervenants et d’évaluer par la suite le processus. Les résultats trouvés pendant les trois étapes sont cohérentes. L’évaluation de la performance montre qu’en matière du processus les mesures qui ont été jugées satisfaisantes sont l’accessibilité des planificateurs, et la qualité de la communication. Par ailleurs, le temps de la réalisation des plans et la réactivité ont été jugées insatisfaisants. En ce qui concerne la performance des plans, il a été noté une satisfaction au niveau du respect des contraintes et une insatisfaction au niveau de la satisfaction de la demande et des coûts. Des recommandations pouvant améliorer la performance du processus et des plans générés sont formulées. Ces recommandations sont surtout basées sur le concept du fournisseur-intégrateur proposé par Azouzi et al. (2011) et sur le cadre conceptuel de la gestion des connaissances proposé par Mosconi (2011).

La planification des opérations forestières est une tâche complexe. Elle nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs et la collaboration des différents intervenants. Plusieurs modèles d’optimisation mathématiques ont été développés pour soutenir les entreprises forestières dans leur processus de prise de décisions. Bien que bénéfiques et utiles, ces modèles demeurent peu implantés dans la pratique. La planification est, généralement, faite d'une manière intuitive basée sur les connaissances et l'expérience des intervenants. Cela amène à supposer que ces modèles ne prennent pas pleinement en considération certains facteurs importants comme la qualité des données et des informations ainsi que leurs disponibilités. Par ailleurs, la gestion des connaissances a été proposée comme assise pour améliorer la performance du processus de planification. En effet, elle permet à l'entreprise de mieux tirer profit des données disponibles pour la planification. L'objectif de ce projet est d'aider les entreprises forestières à intégrer les modèles mathématiques dans leur processus de prise de décisions pour améliorer la qualité des décisions prises. Il s'agit, en effet, de développer un modèle mathématique qui reflète le processus de planification des approvisionnements et qui couvre les besoins d'une entreprise forestière québécoise. Un second objectif consiste à mesurer l'impact d'une meilleure connaissance (précision) des inventaires forestiers sur la qualité des décisions. Une comparaison entre deux modèles d’optimisation existants et une cartographie du processus de planification d’une entreprise forestière Québécoise a été réalisée. Sur la base de cette comparaison, un modèle d'optimisation adapté a été développé. Par la suite, le modèle a été utilisé pour simuler l'impact d'une meilleure précision des inventaires forestiers sur le profit de l’entreprise partenaire. Des taux d’imprécision de 5%, 10%, 20% et 30% ont été évalués et comparés au cas où les données précises étaient connues dès le départ plutôt qu’en cours d’opérations. Les résultats de la comparaison des modèles mathématique avec les cartographies de gestion des connaissances ont démontré plusieurs écarts. Ceci a permis d'obtenir les composantes du modèle mathématique développé qui reflète le processus industriel de planification des approvisionnements. Finalement, les résultats de l’expérimentation indiquent qu’une amélioration de la précision des inventaires de 30% résulterait en une augmentation du profit de 7%. / Wood procurement planning is a complex activity that requires collaboration between various actors. There have been several mathematical models formulated to help practitioners in the decision making process. But, only a few of these models are actually applied in practice. Planning is still done manually, based on experience and the sum of several individuals’ knowledge within the procurement department. One possible reason is that most models do not account for important factors related to data quality, information availability, and knowledge sharing within forest companies. Knowledge management has been proposed as a way to improve the performance of the planning process. Indeed, it enables companies to understand the information and knowledge required for planning. The objective of this project is to help forestry companies integrate optimization models to improve the planning process and the decisions quality. In fact, we aim to develop a mathematical model that depicts the industrial planning process. Finally, we want to determine the impact of better knowledge on planning decisions quality. First, a comparison between two existing mathematical models and the industrial process of a specific forestry company represented by Knowledge management mapping was done. Then, through this comparison, we developed a new mathematical model for procurement planning. Finally, this model has been used to evaluate the profit of improving the accuracy of the forestry inventory data. In order to do so, we compared the plan developed using accurate inventory data (obtained from the beginning of the planning horizon) with the plan adjusted monthly based on the accurate data. The comparison of the models with the industrials process showed that the gap between them is important. The differences measured were used in the development of the new mathematical model. This model reflects the industrial process. It has been used to determine the profit of a better accuracy inventory data. We found an important profit increase equal to 7% through improving the accuracy inventory data of 30%.