Thèse ( M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2004). Bibliogr.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2000. / Bibliogr.: f. 155-172. Publié aussi en version électronique.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. [127]-138. Publié aussi en version électronique.

Proefschrift--Godgeleerdheid--Nijmegen--Katholieke universiteit, 1990. / Bibliogr. p. 307-351. Index. Résumé en anglais.

Texte remanié de: Diss. Ph. D.--Sociology--University of Vienna, 1999. / Bibliogr. p. 201-208.

Texte remanié de: Habilitationsschrift--Philosophische Fakultät--Universität des Saarlandes, 1991.

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Les propriétés de flexion et la stabilité dimensionnelle sont des propriétés déterminantes pour le potentiel d’utilisation du bois dans les structures de bâtiments et les produits à valeur ajoutée. Une connaissance détaillée des patrons de variation des propriétés du bois à l’intérieur de l’arbre est essentielle pour optimiser l’usage de cette ressource renouvelable et développer des produits hautement performants. L’objectif général de cette recherche doctorale était de caractériser et modéliser les patrons de variation des propriétés de flexion et de la stabilité dimensionnelle du bois à l’intérieur de l’arbre en fonction de différents paramètres (l’âge cambial, hauteur dans la tige, largeur des cernes) et en tenant compte de l’historique des peuplements. Cet objectif fut poursuivi au moyen des objectifs spécifiques suivants: décrire le patron de variation des propriétés physico-mécaniques de la moelle vers l’écorce (c.-à-d. en fonction de l’âge cambial) et dans l’axe longitudinal de la tige ; modéliser l’effet du taux de croissance radiale sur les propriétés physico-mécaniques ; modéliser l’effet de la masse volumique basale du bois sur les propriétés physico-mécaniques et examiner les différences entre les deux types de structures de peuplements (régulier et irrégulier). L’étude a porté sur l’épinette noire (Picea mariana [Mill.] B.S.P), une espèce de grande importance commerciale au Canada. Soixante arbres ont été échantillonnés dans 12 peuplements localisés au nord et au sud de la Côte-Nord, 30 arbres dans 6 peuplements de la région de l’Abitibi-Témiscamingue et 42 arbres provenant de la région du Lac-Saint-Jean. Une approche de modélisation statistique a été utilisée pour rapporter les paramètres de résistance à la flexion, de rigidité et de stabilité dimensionnelle à des variables telles que l'âge cambial et le taux de croissance annuel. Les peuplements ont été échantillonnés avec un temps connu depuis le passage du dernier feu, car cela est connu pour influencer la structure du peuplement et la croissance des arbres. Les résultats ont confirmé que l'âge cambial est clairement la source la plus importante de la variation en direction radiale des propriétés du bois, lequel pourrait être utilisé comme variable prédictive. La largeur des cernes annuels a eu une influence additionnelle faible pour expliquer les variations des propriétés mécaniques et celles de stabilité dimensionnelle. Le bois des arbres à croissance plus rapide des peuplements réguliers avait des propriétés mécaniques supérieures, et était moins stable en termes de dimensions. Les arbres à croissance lente issus de peuplements irréguliers pourraient produire du bois final moins dense, ce qui tendrait à diminuer les propriétés / Bending strength, stiffness, and dimensional stability of wood are determining properties fortheir potential use in building structure and added-value products. A detailed knowledge of the variation patterns of the properties inside a tree is essential to optimize the use of this renewable resource and to develop high-performance products. This PhD project’s goal is to characterize and model the variation pattern for bending strength, stiffness, and dimensional stability within the tree as a function of different parameters (radial distance, the height ofthe stem, the ring width) and taking into account the history of the stands. This general objective was pursued by the means of the specific objectives to : 1) describe the variation pattern of the physico-mechanical properties from pith to the bark (i.e. as a function ofcambial age) and in the longitudinal axis of the stem; 2) model the effect of the radial growth rate on the physico-mechanical properties; 3) model the effect of the basic specific densityon the physico-mechanical properties and examine the differences between the two types of stand structures (regular and irregular). The study focused on black spruce (Picea mariana[Mill.] B.S.P.), a species of high commercial importance in Canada. Sixty trees were sampled in twelve stands located north and south of the North Shore region, thirty trees in six standsin Abitibi-Témiscamingue and forty-two trees from Lac Saint-Jean. This study used astatistical modelling approach to relate flexural strength, stiffness and dimensional stability parameters to variables such as cambial age and annual growth rate. The stands were sampled with a known time since the last fire because this is known to influence stand structure and tree growth. The results confirmed that cambial age is clearly the most important source ofradial direction variation in wood properties, which could be used as a predictive variable. The ring width had a small additional influence to explain the variations in mechanical and dimensional stability properties. The fast-growing wood in regular stands had superior mechanical properties and were less dimensionally stable. Slow-growing trees from unevenaged, irregular stands may produce less dense late wood, which would tend to reduce mechanical properties and increase the dimensional stability of the material. Thus, these properties may be affected by the patterns of intra-ring variation in wood density. The effect of stand type on the wood physico-mechanical properties may also be due to the presence of mild compression wood, which can occur in trees of layer origin or in trees subjected togreater or more complex mechanical stimuli. Analyses also indicate that wood density and cambial age measurements can be used to estimate dimensional stability and mechanical properties. In addition, prediction indices have shown that it is preferable to predict dimensional stability from MOE and cambial age measurements rather than opting for the opposite case, i.e., estimating mechanical properties from dimensional stability. These results could have practical implications for decision-making in forest management and wood allocation. The selection of forest stands to produce black spruce wood for either high dimensional stability or high mechanical properties may be an interesting option that emerges from our results. In general, the modelling results were able to clearly characterize the differences between the two types of stand structures. However, further fundamental researchis needed to elucidate the mechanisms of wood formation that are responsible for differences in properties related to the growth environment in these two types of stand, including the internal structure of growth rings and the ultrastructure and chemical composition of the cell wall of wood tracheids, in order to obtain a more complete tool of simulation of wood qualityfor black spruce.

L'objectif de cette recherche était d'améliorer le rabotage de deux bois très utilisés au Québec, l'érable à sucre et l'épinette noire. L'étude d'outils de coupe hélicoïdaux à angles d'hélice élevés a été décidée comme axe d'amélioration. Ainsi, 3 outils hélicoïdaux (angle d'hélice de 40˚, 50˚ et 60˚) et un outil droit (témoin) ont été fabriqués et montés tour à tour sur une CNC 5 axes. Chacun de ces outils a été utilisé à trois vitesses d'avance par couteau (FK). Les efforts de coupe, le niveau sonore et la consommation de puissance étaient alors mesurés. La qualité de surface des planches usinées a ensuite été évaluée. Pour l'érable à sucre, les efforts de coupe et le son produit augmentaient avec l'augmentation de FK pour les quatre outils de coupe. Les outils hélicoïdaux ont produit moins d'efforts de coupe parallèles (F[indice]P), normaux positifs et négatifs (F[indice]NP et F[indice]NN) et résultants (F[indice]R) que ceux de l'outil témoin. Les efforts F[indice]P et F[indice]R avaient tendance à diminuer quand l'angle d'hélice augmentait. Seul les efforts latéraux (F[indice]L) avaient tendance à augmenter avec des outils à angle d'hélice importants. Ces mêmes outils ont requis moins de puissance à faible FK, et le plus gros avantage provenait du niveau sonore, étant plus faible avec les angles d'hélice les plus élevés. Parmi ces paramètres, peu de différences significatives ont été trouvées entre les outils à 50˚ et 60˚. Pour l'épinette noire, augmenter FK augmentait le son et les efforts F[indice]P, F[indice]L et F[indice]R. Comme pour l'érable à sucre, les outils hélicoïdaux ont requis moins de F[indice]P, F[indice]NP, F[indice]NN et F[indice]R que l'outil témoin. Aussi, F[indice]P et F[indice]R avaient tendance à diminuer quand l'angle d'hélice augmentait, seulement à la plus grande FK. Augmenter l'angle d'hélice avait tendance à augmenter F[indice]L. Cependant, l'outil témoin produisait des efforts de coupe latéraux importants, similaires à ceux de l'outil à faible angle d'hélice (40˚). Par ailleurs, les paramètres de rugosité R[indice]k et R[indice]pk ont montré la meilleure précision pour évaluer la rugosité et la perception tactile des surfaces rabotées des deux essences. La rugosité augmentait au fur et à mesure que l'angle d'hélice et FK augmentaient. Les surfaces rabotées avec les outils hélicoïdaux présentaient une texture pelucheuse. Pour l'érable à sucre, les différences entre l'outil droit et celui à 40˚ étaient faibles. La rugosité des planches d'épinette noire avait tendance à augmenter avec l'augmentation de l'angle d'hélice, et cet effet dépendait de FK. L'outil droit a produit la rugosité la plus faible, à chaque FK. Les outils hélicoïdaux ont produit la plus grande rugosité, résultante d'une grande fibrillation. Ces défauts étaient plus prononcés que ceux obtenus avec l'érable à sucre, et encore plus présents avec les couteaux à 50˚ et 60˚, à FK moyen et élevé (2,9 et 4,7 mm respectivement). Le rabotage pourra donc être amélioré en travaillant à moyen FK (2,9 mm) pour optimiser la productivité, ou à faible FK (1,3 mm) pour minimiser la rugosité de surface. En usinage de l'érable à sucre, un outil à angle d'hélice de 50˚ est recommandé pour diminuer les efforts de coupe et le son. Un outil de 40˚ est à privilégier, si la qualité de surface est un critère important. Pour l'épinette noire, en première transformation, un angle d'hélice de 50˚ est envisageable. Les surfaces obtenues seront cependant très pelucheuses. Un outil à angle d'hélice de 40˚ est alors un bon compromis pour une meilleure qualité de surface, si besoin. Pour fins de finition, un couteau droit est préférable pour raboter l'épinette noire. / The main objective of this research was to improve the planing of two wood species widely used in Quebec, sugar maple and black spruce. The study of helical cutting tools with high helix angles was decided for this purpose. Thus, three helical tools (helix angle of 40˚, 50˚ and 60˚) and a straight one (control) were manufactured and mounted on a 5-axis CNC. For each tool, the variations in cutting forces, sound level and power consumption for three feeds per knife (FK) were acquired. Finally, the surface quality of machined boards was evaluated. For sugar maple wood, all cutting forces and sound level produced by planing increased as FK increased for all cutting tools. The helical tools produced lower parallel (F[subscript]P), normal positive and negative (F[subscript]NP and F[subscript]NN), and resultant (F[subscript]R) cutting forces than the control tool. F[subscript]P and F[subscript]R tended to decrease as the helix angle increased. Only lateral forces (F[subscript]L) tended to increase with the increase in helix angle. Tools with high helix angles required lower power at low FK, However, the main advantage of these tools was the great reduction of the noise level compared to the straight tool. Among these parameters, few significant differences were found between the 50˚and 60˚ tools. For black spruce wood, sound level, F[subscript]P, F[subscript]L, and F[subscript]R increased as FK increased. As with sugar maple, the helical tools produced lower F[subscript]P, F[subscript]NP, F[subscript]NN and F[subscript]R than the control tool. Also, F[subscript]P and F[subscript]R tended to decrease as the helix angle increased, for the highest FK. Increasing the helix angle tended to increase F[subscript]L. However, the control tool produced high lateral cutting forces, similar to that produced by the low helix angle(40˚) tool. In addition, the roughness parameters R[subscript]K and R[subscript]PK showed the best precision for evaluating the roughness and the tactile perception of the planed surfaces of the two species. The roughness increased as the helix angle and FK increased. Surfaces planed with the helical tools showed a fuzzy texture. For sugar maple, the differences between the straight tool and the 40˚ tool were small. The roughness of black spruce boards tended to increase with increasing helix angle, and this effect depended on FK. The straight tool produced the lowest roughness at each FK. The helical tools produced the highest roughness, resulting in high fibrillation. These defects were more pronounced than those obtained with sugar maple, and even more present with the tools at 50˚ and 60˚, at medium and high FK (2.9 and 4.7 mm respectively). Planing can therefore be improved by working at medium FK (2.9 mm) to optimize productivity, or at low FK (1.3 mm) to minimize surface roughness. When machining sugar maple, a 50˚ helix angle tool is recommended to reduce cutting forces and sound level. A 40˚ tool is to be preferred if the surface quality is an important criterion. For black spruce wood, in primary processing, a helix angle of 50˚ is possible. The surfaces obtained will be however very fuzzy. A 40˚ helix angle tool could be a good compromise for better surface quality. For finishing purposes, a straight knife appears as a better option for planing black spruce wood.