Thèse doctorat : Sciences du bois : Nancy 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thesis (M.E.Des.)--University of Calgary, 2000. / Includes bibliographical references.

Th. Ph. D.--History of art--Ann Arbor--University of Michigan, 1982. / Bibliogr. p. 241-258.

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Le soudage du bois par rotation à haute vitesse est une technique qui a été développée durant les cinq dernières années. La rotation à haute vitesse permet le soudage du goujon en bois, sans ajout d’adhésif, avec une force considérable. Le procédé de soudage est basé sur la friction mécanique créée par la haute vitesse de rotation. Ce procédé a démontré être aussi efficace que le procédé de soudage par vibration, induisant une température favorisant le ramollissement des constituants structuraux, principalement du matériau polymère amorphe dans la structure du bois, notamment, la lignine, mais aussi les hémicelluloses. Ceci a pour conséquence une forte densification au niveau de l'interface soudée. L'objectif de cette étude était d'analyser les changements chimiques qui se produisent lors du soudage par rotation avec des goujons et des substrats en bois provenant de deux essences feuillues canadiennes : l'érable à sucre (Acer saccharum) et le bouleau jaune (Betula alleghaniensis). Les analyses chimiques ont été effectuées en utilisant la pyrolyse couplée à la chromatographie gazeuse GC et à la spectrométrie de masse MS. L’étude de la modification structurale du bois après soudage a été complétée par l’utilisation des techniques DSC et XPS. Les différences en composition chimique du bois entre deux essences influencent l’efficacité du procédé de soudage. L’augmentation de la température à l’interface provoque une plus forte dégradation des hémicelluloses comparée à celle de la cellulose et de la lignine. La lignine est modifiée dans une certaine gamme de température. Les méthodes traditionnelles d'analyse chimique ont été utilisées pour déterminer la composition chimique de l'érable à sucre et du bouleau jaune. Les résultats montrent que la teneur en lignine de l'érable est plus élevée que celle du bouleau, tandis que la quantité d'hémicelluloses est plus faible que celle du bouleau. La composition en cellulose des deux feuillus est similaire. Les résultats de l'analyse chimique peuvent expliquer en partie les résultats des tests mécaniques de traction qui démontrent que l’utilisation du bois de l'érable permet d’obtenir une meilleure qualité de soudage qu’avec le bois du bouleau. Les modifications chimiques qui se produisent lors du soudage par rotation.ont été examinées par l’’analyse comparative par Pyrolyse-GC/MS, DSC et XPS, d’un échantillon provenant du substrat en bois dans la zone non soudée (bois de référence) avec celle d’un échantillon provenant de la zone soudée. Les résultats de ces analyses indiquent que les différences de performances mécaniques obtenues avec les deux essences sont essentiellement dues due aux différences dans les structures de la lignine d'origine de deux essences ainsi qu’aux différences de températures de soudage mesurées. L’analyse détaillée des composés identifiés par Py-GC-MS, ainsi que les ratios S/G et L/C est présentée dans ce ratio. La haute température à l’interface de soudage relevée dans le cas de l'érable à sucre pourrait être responsable d'une meilleure fusion des polymères du bois dans cette zone. Ceci explique une plus grande présence de dérivés des hémicelluloses due à la formation d'un nouveau complexe Lignine-polysaccharide (LCC) dans le matériau soudé. / Wood welding by high speed rotation is a technique that has been developed during the last five years. High-speed rotation-induced wood dowel welding, without any adhesive, is shown to rapidly yield wood joints of considerable strength. The welding process is based on mechanical friction created by the high speed rotation. This method has proven to be as effective as vibration welding process, causing a temperature favoring the softening of the main constituents, mainly amorphous zones of cells connecting the polymer material in the structure of wood, including lignin, but also hemicelluloses. This results in high densification of the bonded interface. The goal of this study was to analyze the chemical changes that occur during the rotational welding with dowels of two Canadian hardwood species: sugar maple (Acer saccharum) and yellow birch (Betula alleghaniensis). Chemical analysis was performed using pyrolysis coupled with gas chromatography and mass spectrometry (Py-GC/MS). The study of the structural modification of wood after welding was conducted using DSC and XPS techniques. The differences in chemical composition of both wood species influence the effectiveness of the welding process. Increasing the temperature at the interface causes a higher degradation of hemicelluloses compared to cellulose and lignin. Lignin is softened in a certain range of temperature. The traditional chemical analysis methods were used in this work to determine the chemical compositions of sugar maple and yellow birch. The results show that the lignin content of the maple is higher than that of birch, while the amount of hemicelluloses is lower than that of birch. The contents of cellulose in both hardwood species are very similar. The results of chemical analysis may partly explain the results of mechanical tensile tests which demonstrate that the maple wood yields a better welding quality as opposed to the birch wood. The chemical changes was examined which occur during welding in rotation. The analyses performed separately on wood substrate (reference wood) and welded material by using pyrolysis-GC/MS, DSC and XPS techniques. It is shown that the differences in mechanical performances of the two welded woods are due mainly to the differences in original lignin structures as well as in the welding temperatures determined for the two wood species. The detailed analysis of compounds identified by Py-GC-MS, the ratios S/G and L/C have been discussed. The higher temperature welding found in cases of sugar maple might be responsible for a better miscibility of polymers of wood in the welding zone. This explains the greater presence of hemicellulose derivatives with the formation of a new lignin-polysaccharide complex (LCC) in the welded material.

Afin de rester compétitives dans un marché où la personnalisation de masse est omniprésente, les entreprises d’aujourd’hui n’ont d’autres choix que d’avoir une gestion efficace de leur chaîne d’approvisionnement par une vision globale des opérations de l’entreprise ainsi que des données intégrées. Dans un environnement en constante évolution comme aujourd’hui, les entreprises s’ajustent et continuent à remplir leur rôle de satisfaire la demande et de croître selon les besoins. Par contre, rares sont celles qui se permettent de revoir leur processus de prise de décision en fonction des nouveaux modèles d’affaires et nouvelles façons de faire. Parfois, il est plus simple de s’ajuster que de refaire les processus. Ce mémoire propose une solution pour le secteur manufacturier de planchers de bois franc par la conceptualisation d’un outil d’aide à la décision afin de permettre une vision globale de la production avec des données en temps réel. Ceci permettra une meilleure planification à tous les niveaux de la chaîne d’approvisionnement, en partant de l’achat des matières premières, en passant par la production, allant jusqu’au service à la clientèle. La modélisation conçue est ensuite simulée par une approche de simulation à évènements discrets afin de valider la situation actuelle, d’identifier les principaux problèmes et d’explorer des pistes de solutions futures. Les résultats démontrent le potentiel d’identification des goulots dans le processus de production et de prise de décision, et couplé à l’outil de visualisation proposé, ont le potentiel d’augmenter la performance de l’entreprise à plusieurs niveaux. / In order to remain competitive in a market where mass personalization is ubiquitous, today's companies have no choice but to effectively manage their supply chain through a global vision of the operations of the company as well as integrated data. In an ever-changing environment like today, businesses are adjusting and continuing to fulfill their role of meeting demand and growing as needed. On the other hand,few are able to review their decision-making process based on new business models and new ways of doing things. Sometimes it is easier to adjust than to redo the processes. This dissertation proposes a solution for the hardwood flooring manufacturing sector by conceptualizing a decision support tool to allow global visibility of production with real-time data. This will enable better planning at all levels of the supply chain, from the purchase of raw materials, through production, to customer service. The designed modeling is then simulated by a discrete event simulation approach in order to validate the current situation, identify the main problems and explore avenues for future solutions. The results demonstrate the potential for identifying bottlenecks in the production and decision-making process, and coupled with the proposed visualization tool, have the potential to increase the company's performance at multiple levels.

Le but principal de ce travail fut d'étudier les changements des propriétés physiques et des relations eau-bois de quatre espèces de feuillus au-dessous et au-dessus du point de saturation des fibres (PSF). Deux espèces tropicales, une tempérée et une provenant de plantation, avec des plans ligneux très variables, furent étudiées. Dans un premier volet de ce travail, des échantillons des quatre espèces furent soumis à trois conditions de désorption à 21°C à partir de la saturation intégrale ou de l’état vert jusqu'à atteindre des humidités d’équilibre (Héq) au-dessous du PSF. L'état de l'eau et la distribution de l’eau liée et liquide ont été analysés par résonance magnétique nucléaire et par imagerie par résonance magnétique (IRM). Le temps de relaxation transversale (T2) a indiqué la présence d’eau liquide dans le bois au-dessous du PSF. L’IRM a permis d'identifier les éléments anatomiques où cette eau liquide pourrait être localisée. En outre, l'eau liée n’était pas répartie uniformément dans la structure du bois même à l’équilibre global, étant les tissus plus denses plus hygroscopiques que les plus légers. Les deux techniques ont révélé que l'anatomie du bois joue un rôle majeur dans le drainage et diffusion de l'eau. Le deuxième volet a étudié l'effet de quatre taux de désorption sur le comportement dimensionnel du bois d’Eucalyptus saligna dans une gamme de teneurs en humidité couvrant tout le domaine hygroscopique. Des taux de désorption plus lents ont entrainé des retraits plus élevés, mais ces différents taux n’ont pas changé la pente des courbes retrait-Héq. Le collapse du bois fut plus important pour les taux de désorption plus lents et il fut plus grand dans la direction tangentielle. Le PSF établi par l’extrapolation de la portion linéaire des courbes retrait-Héq ne s’est pas montré adéquat pour des espèces sujettes au collapse. Enfin, les résultats ont montré le phénomène de début de perte d'eau liée avant que toute l'eau liquide soit drainée. / The main purpose of this work was to study the changes in the physical properties and in the wood-water relations of four hardwood species below and above the fiber saturation point (FSP). Two tropical, one temperate and one plantation grown species with high variable anatomical structure were investigated. In the first part of this work, samples of all species were destined to three desorption conditions at 21°C from full saturated state or from green condition until reach equilibrium moisture contents (EMC) below the FSP. The water state and the distribution of liquid and bound water were analysed by nuclear magnetic resonance and magnetic resonance (MR) microimaging. Transverse relaxation times T2 showed entrapped liquid water below the FSP. The MR microimaging study allowed identifying in which anatomical elements this water could be located. Also, bound water was not uniformly distributed in wood structure even at a global EMC, being the denser tissues more hygroscopic than the lighter ones. Both techniques revealed that wood anatomy plays a major role in water drainage and diffusion. The second part of this work was dedicated to study the effect of four desorption rates on the dimensional behaviour of Eucalyptus saligna wood under a range of moisture contents covering the whole hygroscopic domain. Slower desorption rates implied higher shrinkages, but these different rates have not affected the slope of shrinkage-EMC curves. The collapse of Eucalyptus saligna wood was more important for slower desorption rates and it was greater in the tangential direction. The FSP determined by the extended linear portion of the shrinkage-EMC curves revealed to be not adequate for collapse-prone species. Finally, the results indicated the phenomenon of the beginning of the loss of bound water before all liquid water has been drained.

Dans le contexte des changements climatiques et du développement anthropique, les populations sauvages sont soumises à une pression de plus en plus forte, compromettant leur maintien ou leur rétablissement. Le devenir de nombreuses populations est aujourd'hui incertain. La mise en place de stratégies de gestion efficaces de ces populations nécessite une connaissance fiable des paramètres démographiques, de leur contribution aux changements du taux de croissance, et de leurs facteurs. Dans le Nord, la majorité des troupeaux de caribous et de rennes sont en déclin. Les troupeaux de caribous migrateurs Rivière-aux-Feuilles (TRAF) et Rivière-George (TRG), dans le nord du Québec et au Labrador ne font pas exception. Leur déclin drastique ces 30 dernières années met en péril le fonctionnement des écosystèmes nordiques, la sécurité alimentaire des communautés autochtones ainsi que la transmission de leur culture. Dans la première section de ma thèse, je me suis intéressée à la survie des femelles adultes et des juvéniles en cherchant à produire des estimés fiables de ces paramètres et à identifier les facteurs environnementaux impliqués. Ces données sont par la suite exploitées dans la deuxième section de ma thèse pour la reconstitution de la dynamique de population passée des troupeaux. J'ai également tenté de prédire la capacité de rétablissement des troupeaux sous différents scénarios pessimiste, réaliste et optimiste des fluctuations des paramètres démographiques combinés à plusieurs simulations de prélèvements par la chasse. Mes travaux suggèrent que le déclin du TRAF serait contemporain à celui du TRG au début des années 1990. Les survies des femelles adultes et des faons étaient les principaux déterminants des changements dans le taux de croissance des troupeaux. La survie annuelle des femelles adultes était très stable pour le TRAF alors qu'elle était hautement variable pour le TRG, ce qui expliquerait le déclin plus rapide de ce dernier. Chez les deux troupeaux, les survies annuelles et saisonnières des femelles adultes étaient affectées par les conditions environnementales associées à la disponibilité des ressources et des conditions météorologiques au cours des saisons biologiques. Les résultats confirmaient des effets immédiats, reportés, directs et indirects des conditions environnementales saisonnières sur la survie des femelles adultes. Les conditions favorisant une augmentation des coûts de déplacement ou une réduction de l'accès aux ressources diminuaient la probabilité de survie. La survie des faons jusqu'au recrutement était très variable ce qui expliquait sa forte contribution aux changements dans le taux de croissance. La survie des faons avant sevrage semblait plus stable d'une année à l'autre et était principalement déterminée par la date de naissance et les précipitations moyennes journalières rencontrées au cours de la saison de mise bas. Mes résultats suggèrent enfin qu'un rétablissement des troupeaux serait possible sous réserve d'une amélioration de la survie de toutes les classes d'âge et du taux de gestation. Des prélèvements élevés pourraient aussi limiter le potentiel de reprise de croissance des troupeaux même avec des taux démographiques élevés. Les différences observées entre les troupeaux concernant les facteurs de la survie et la contribution des paramètres démographiques au déclin soulignent le besoin d'une gestion séparée des troupeaux. Mes travaux sont parmi les premiers à présenter les variations saisonnières de la survie des femelles adultes chez le caribou. Pour les deux troupeaux migrateurs, ils fournissent les premiers estimés de la survie juvénile annuelle et de ses variations intra-annuelles. Ma thèse offre aussi une compréhension plus fine de la dynamique de population passée. Elle propose des approches technologiques et de modélisation modernes permettant d'améliorer notre analyse des paramètres démographiques et de la dynamique de population, adaptables à d'autres espèces. Les approches intégrées flexibles et évolutives soutiennent le développement d'une gestion dynamique et adaptative indispensable dans le contexte des changements climatiques et du développement anthropique. / In the context of climate change and anthropogenic development, wild populations are under increasing pressure, compromising their maintenance or recovery. The future of many populations is now uncertain. The implementation of effective management strategies for these populations requires a reliable knowledge of demographic parameters, their contribution to changes in the growth rate, and their drivers. In the North, most caribou and reindeer populations are in decline. The Rivière-aux-Feuilles (RAF) and Rivière-George (RG) migratory caribou herds in northern Québec and Labrador are no exception. Their drastic decline over the last 30 years is jeopardizing the functioning of northern ecosystems, the food security of indigenous communities and the transmission of their culture. In the first section of my thesis, I focused on the survival of adult females and juveniles, trying to produce reliable estimates of these parameters and to identify their environmental factors. These data are then used in the second section of my thesis to reconstruct the past population dynamics of the herds. I also attempted to predict the recovery capacity of the herds under different pessimistic, realistic and optimistic scenarios of fluctuations in demographic parameters combined with several simulations of harvest rates. My work suggests that the decline of the RAF was contemporaneous with the decline of the RG in the early 1990s. Survival of adult females and calves were the primary determinants of changes in herd growth rates. Annual survival of adult females was very stable for the RAF while it was highly variable for the RG, which would explain the more rapid decline of the latter. In both herds, annual and seasonal survival of adult females was affected by environmental conditions associated with resource availability and weather conditions during the biological seasons. Results confirmed immediate, delayed, direct and indirect effects of seasonal environmental conditions on adult female survival. Conditions that increased travel costs or reduced access to resources decreased the probability of survival. Calf survival to recruitment was highly variable and thus contributed strongly to changes in the growth rate. Pre-weaning calf survival appeared to be more stable between years and was primarily determined by the birth date and average daily precipitations during the calving season. Finally, my results suggest that herd recovery may be possible provided that survival of all age classes and pregnancy rates improve. High harvest rates may also limit the potential for herds to recover even under high demographic rates. The differences between herds in survival factors and the contribution of demographic parameters to decline highlight the need for separate herd management. My work is among the first to assess seasonal variations in survival of adult females in caribou. For both migratory herds, it provides the first estimates of annual juvenile survival and its intra-annual variations. My thesis also provides a more detailed understanding of past population dynamics. It proposes modern technological and modeling approaches to improve our analysis of demographic parameters and population dynamics, adaptable to other species. Flexible and evolutionary integrated approaches support the development of dynamic and adaptive management essential in the context of climate change and anthropogenic development.

L'originalité de cette méthode de séchage consiste à contrôler l'énergie fournie au bois par le générateur HF en contrôlant un paramètre facilement mesurable, la surpression. Une enceinte étanche a été construite à partir d'un baril auquel un serpentin de cuivre a été soudé. La plaque froide a été incorporée au couvercle de l'enceinte sur laquelle deux ouvertures ont été pratiquées, une pour recueillir le condensât et l'autre pour mesurer la surpression. Une rondelle de plexiglas qui a remplacé une partie du fond de l'enceinte, a permis l'accès des bandes conductrices à l'intérieur de celle-ci. Le matériel d'essai a consisté en un lot de 18 groupes de 12 éprouvettes chacun, soit 9 groupes d'épinette et 9 groupes d'érable. Les dimensions des éprouvettes, qui ont été mesurées précisément au pied à coulisse pour évaluer leur retrait, étaient d'environ 30 mm x 48 mm x 38 cm. Le bout des éprouvettes a été enduit d'une peinture pour contrecarrer la diffusion longitudinale. La teneur en humidité moyenne(H) et l'écart-type a été respectivement de 50,3% et 17,0% pour l'épinette et 47,7% et 2,7% pour l'érable. Le générateur HF utilisé pour les présents essais a été le modèle 12/13 fabriqué par Pye Thermal Bonders Ltd. Il offre une puissance de 12kW à la fréquence nominale de 13,56MHz. Pour le rendre fonctionnel, nous avons dû l'équiper d'une bobine placée en parallèle avec le condensateur variable. Les résultats des expériences, qui sont présentés aux figures 16 à 21, montrent dans tous les cas une augmentation du débit avec le temps. Une partie de cet accroissement du débit est attribuable à l'augmentation de la température dans le bois au cours d'un cycle de séchage, ce qui influence à la hausse le coefficient de diffusion. L'emploi d'une plaque froide asymétrique engendre des courants de convection importants; ceux-ci expliquent l'autre partie de l'augmentation du débit. Les courbes de taux de séchage sont linéaires mime lorsque la teneur en humidité est inférieure au point de saturation des membranes. La qualité du bois a été, en général, excellente. Les défauts de séchage, tels les fentes internes, peuvent être évités en utilisant une température de plaque froide suffisamment élevée. La dispersion des valeurs de la teneur en humidité finale à l'intérieur de la charge est davantage fonction de l'anisotropie diélectrique du bois que de l'écart-type de l'humidité initiale. Tout en utilisant le chauffage par champ traversant, il serait possible de rendre le séchage plus homogène en installant un deuxième système d'électrodes et en appliquant alternativement la haute fréquence à chacun d'eux. La principale conclusion de ce travail est que la surpression dans le séchoir est un paramètre qui est étroitement correlé à la pression et à la température à l'intérieur du bois.

La présente recherche a pour objectif l’étude de la variabilité intra-arbre des propriétés physico-mécaniques et chimiques ainsi que celle de la durabilité naturelle du bois de Wamba (Tessmania africana) à partir d’échantillons prélevés de deux arbres, à trois niveaux de hauteur (DHP, mi-hauteur et sous la cime) et deux positions radiales (aubier et duramen). Les résultats ont montré des valeurs moyennes de retrait total dans le duramen de l’arbre 1 de 4,76, 7,40, et 12,51 % pour les retraits radial, tangentiel et volumique respectivement. Ces retraits se sont révélés très similaires dans le duramen des deux arbres avec une progression croissante de la base du tronc vers la cime. L’aubier a donné des moyennes légèrement inférieures. La masse volumique basale du bois de Wamba s’est avérée sensiblement la même dans les deux arbres avec respectivement pour l’aubier et le duramen de l’arbre 1 des valeurs de 677 kg/m3 et 712 kg/m3. Les valeurs correspondantes de la masse volumique anhydre furent de 762 et 812 kg/m3. À l’instar du retrait, la masse volumique augmente de la base du tronc vers la cime dans le duramen et atteint une valeur maximale à mi-hauteur dans l’aubier. Les résultats ont également permis d’observer une corrélation très significative entre la masse volumique basale et le retrait tangentiel total. Les valeurs moyennes du module d’élasticité en compression longitudinale furent de 15,6 GPa dans l’aubier et de 18,6 GPa dans le duramen. Celles de la contrainte maximale furent de 65,2 MPa dans l’aubier et 79,9 MPa dans le duramen. Les composés phénoliques ont montré des corrélations allant de significatives à très significatives avec les propriétés mécaniques. Hormis les pentosanes, le test de Student n’a signalé aucune différence significative de la concentration des constituants primaires dans les positions radiale et longitudinale. L’analyse des minéraux n’a détecté aucune présence de silice. La moyenne globale de teneur en extraits après sommation des rendements à l’éthanol-toluène et à l’eau chaude dans l’arbre 1 a donné 10,1 % dans le duramen et 7,5 % dans l’aubier, et des valeurs très similaires dans l’arbre 2. Les teneurs en polyphénols déterminées par spectroscopie UV sont plus importantes dans le duramen, particulièrement à mi-hauteur. L’analyse GC-MS des phytostérols a indiqué la présence de gamma-sitostérol, stigmastérol et de la bétuline, trois molécules intéressantes avec des activités anti-inflammatoires, antivirales, anti-VIH et hépato-protectrices. Les composés phénoliques expliqueraient en grande partie la résistance aux pourritures du duramen du bois de Wamba trouvé comme très durable. / The aim of the present research is to study the intra-tree variability of the physico-mechanical and chemical properties as well as the natural durability of Wamba wood (Tessmania africana) from specimens taken in two trees at three levels of height (DHP, mid-height and under the crown) and two radial positions (sapwood and heartwood). The results showed mean values of total shrinkage in the heartwood of tree 1 of 4.76, 7.40, and 12.51% for radial, tangential and volumetric shrinkages respectively. The shrinkage values were very similar in the heartwood of the two trees with an increasing progression from the base of the trunk towards the crown. Sapwood gave slightly lower mean values. The basic density of Wamba proved to be about the same in both trees with respectively for the sapwood and heartwood of tree 1 mean values of 677 and 712 kg/m3. The corresponding mean values for the oven-dry density were 762 and 812 kg/m3. As for the shrinkage variation, the density increases from the base of the trunk towards the crown in heartwood and reaches a maximum value at mid-height in sapwood. The results also made it possible to observe a very significant correlation between the basic density and the total tangential shrinkage. The mean values of the modulus of elasticity in longitudinal compression were 15.6 GPa in sapwood and 18.6 GPa in heartwood. Those of the maximum compressive stress were 65.2 MPa in sapwood and 79.9 MPa in heartwood. The phenolic compounds showed correlations going from significant to very significant with the mechanical properties. Except for pentosans, the Student test carried out on the primary components of the wood Wamba did not show any significant difference in their concentration in the radial and longitudinal positions. The analysis of minerals did not detect any presence of silica. The total average content of extractives after sequence extraction with ethanol-toluene and hot water in tree 1 gave 10.1% in heartwood and 7.5% in sapwood, and very similar values in tree 2. The polyphenol contents determined by UV spectroscopy are more important in heartwood, particularly at mid-height. GC-MS analysis of phytosterols indicated the presence of gamma-sitosterol, stigmasterol and of betulin, three interesting molecules for their anti-inflammatory, antiviral, anti-VIH, and hépato-protective activities. The phenolic compounds would mainly explain the decay resistance of the heartwood of Wamba, which was found as very durable.