Thèse de doctorat : Biologie Cellulaire et Moléculaire : Bordeaux 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Sciences et environnement. Ecologie évolutive , fonctionnelle et des communautés : Bordeaux 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Sciences et Environnements. Ecologie évolutive, fonctionnelle et des communautés : Bordeaux 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

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Les techniques de culture du pin maritime dans les Landes de Gascogne ont connu des changements importants à partir des années 1960. A côté de peuplements de sylviculture traditionnelle basée sur la régénération naturelle assistée, se sont succédés de nouveaux types de peuplements sous le vocable de « ligniculture ». La proportion de ces peuplements menés intensivement, dans la récolte des coupes rases en Aquitaine, va augmenter rapidement dans les dix prochaines années. Les données technologiques faisant actuellement défaut sur cette ressource, il est nécessaire d’anticiper dès aujourd’hui l’impact de ces pratiques sylvicoles sur les propriétés du bois.Des arbres ont été échantillonnés dans 14 parcelles réparties dans les Landes de Gascogne. Sur chaque parcelle, 4 arbres ont été sélectionnés pour les mesures des propriétés physiques. Les variations radiales de densité intra-cerne, de proportion de bois final, de duramen et d’angle du fil ont été mesurées. Parallèlement 8 arbres ont été exploités. Après sciage puis séchage, l’aspect visuel et les propriétés mécaniques des avivés obtenus ont été mesurés. Sur la base des données recueillies et de données d’études précédentes, des modèles déterministes ont été développés pour prédire les variations des caractéristiques étudiées. Ces modèles de la famille des modèles mixtes, sont constitués d’une partie « fixe » commune à l’ensemble des arbres et d’une partie aléatoire qui quantifie les écarts propres à la parcelle et aux arbres (appelés effet « parcelle » et effet « arbre »). Un modèle décrivant les variations avec la hauteur dans l’arbre du taux de duramen, basé sur l’âge des arbres a été développé, il explique plus de 70% de la variation. Les modèles décrivant les variations radiales de l’angle du fil, de la densité, et des propriétés mécaniques du bois ont un niveau de prédiction plus faible, mais un effet significatif de l'âge cambial et de la largeur de cerne sur ses propriétés a été mis en évidence. La vitesse de croissance a un impact négatif sur les propriétés mécaniques du bois de pin maritime.Appliqué à des scénarios sylvicoles ces modèles ont permis d'estimer le classement mécanique des sciages pouvant potentiellement être obtenus à partir de la ressource.Le transfert de ces modèles auprès des gestionnaires forestier pourrait permettre une meilleure estimation de la qualité des bois et donc leur meilleure allocation dans un contexte post tempête où la ressource en pin maritime en Aquitaine se fait rare. / The forest cultivation techniques of maritime pine in the South Western France deeply changed in the 1970’s. In particular the reforestation method shifted from assisted natural regeneration to intensive techniques including soil ploughing, phosphoric fertilization and seeding, then plantation with improved material in the 1980’s. As the proportion of “intensively cultivated” stands in final cut will increase drastically in the next decades, it is now necessary to anticipate the impact of these reforestation methods on the wood properties for the wood industry, from the analysis of the oldest.Trees were sampled from 14 stands in the South Western France covering a wide range of mean volume. On each stand, 4 trees were selected for physical properties measurement. Within ring wood density, latewood content, heartwood diameter and spiral grain angle were measured on wood disks collected at different heights within each tree. At the same time 8 trees were harvested and bucked into 2.2 m long logs. After drying, visual aspect and mechanical properties of the sawn boards were assessed.Based on the data, deterministic models were developed to predict the variables based on selected stand and tree characteristics. The models for heartwood content in cross section explain quite well the variation with height (more than 70% of the variation). The heights of green and dead branches were identified as important variables in the models for nature of knot in trees. The developed models, for spiral grain angle, radial variations of wood density and mechanical properties, have a relatively low level of prediction, but it has highlighted the effect of cambial age and ring width on these properties. The growth rate has so a negative impact on the mechanical properties of wood of maritime pine. Based on the mixed model analysis with repeated measurements structure, the trees and stand effect on the residual variation were estimated. Applied on silvicultural scenarios, these models have been used in a simplified approach to estimate the strength of timber that can potentially be obtained from the resource. The transfer of these models with forest managers could allow a better estimate of the quality of wood, and thus a better allocation in a post-storm context where the resource is scarce.

La biodégradation du bois est étudiée pour comprendre et quantifier l’endommagement mécanique résultant. Il apparaît que le bois, et notamment le pin maritime, est sensible à une attaque fongique, faisant baisser sa résistance (en compression ou en fissuration) avant même la constatation d’une perte de masse. Cette observation oblige à développer des outils de détection précoce, comme la relaxométrie RMN, pour détecter l’apparition d’un pathogène sur des structures bois de plus en plus encouragées. Par ailleurs, l’emploi de composites à base de bois s’avère justifié pour rendre durable le matériau, et présente un avantage écologique, grâce au recyclage des éléments comme le plastique. Cet argument « vert » est d’une importance grandissante et requiert le développement de nouveaux procédés de préservation du bois. Ainsi, cette thèse étudie aussi le comportement à plus ou moins long terme des bois imprégnés d’anhydrides et d’huile d’origine végétale, ou encore du bois traité thermiquement. Des domaines autres que la mécanique sont abordés, afin d’expliquer l’ensemble des phénomènes intervenant durant une dégradation et comprendre les axes d’amélioration dans cette discipline « vivante ». / Wood biodegradation is studied in order to understand and quantify the mechanical damage. Wood, and especially maritime pine, is sensitive to a fungal attack that causes a decrease of its strength (compression or fracture resistance), before a weight loss occurs. This requires developing or ameliorating the tools of early detection, such as NMR relaxometry, in order to detect the appearance of a pathogen in wooden structures that are more and more appreciated. Besides, wooden composites are a good alternative to make the material more durable, and are ecologically interesting, as they permit to recycle some element, like plastics. This “green” effect is of main importance, which implies a development of new ways in wood preservation. This thesis, led in a short as well as in a long term scale, also studies the behaviour of wood, impregnated with anhydrides or oils from a vegetal origin, or even heat-treated wood. Not only mechanics is described, so that many phenomena are explained and perspectives are clarified.

Les propriétés du bois de pin maritime varient aux niveaux chimique, anatomique et mécanique. Six types de bois peuvent être trouvés au sein d’un même arbre : bois précoce, bois tardif, bois de couronne, bois de base, bois de compression et bois opposé. Au cours de cette thèse, nous avons testé l’hypothèse selon laquelle la variabilité phénotypique des propriétés de bois, serait liée à l’expression différentielle des protéines lors de la xylogénèse. Par une approche protéomique basée sur l’électrophorèse bidimensionnelle et la spectrométrie de masse en tandem (LC ESI MS/MS), nous avons identifié 165 protéines différentiellement exprimées le long d’un gradient d’âge cambial (bois juvénile vs. bois mature) ainsi que 93 protéines différentiellement exprimées au cours de la saison de végétation (bois de printemps vs. bois d’été) chez le pin maritime. Une analyse chimique complémentaire des échantillons a été réalisée par pyrolyse analytique. Nos résultats montrent que le xylème secondaire formé en début de saison ainsi que celui qui est initié par un cambium jeune présentent une sur-expression de protéines participant à la division cellulaire. Dans le xylème issu d’un cambium âgé ou formé à la fin de l’été nous avons mis en évidence des protéines impliquées dans la défense cellulaire (dont le rôle serait de retarder la mort cellulaire programmée), ainsi que des protéines impliqués dans la biosynthèse des éléments constitutifs de la paroi. Cette étude contribue à renforcer nos connaissances sur les acteurs moléculaires intervenant lors de la xylogénèse. Elle ouvre par ailleurs des pistes de recherche sur la détection de gènes impliqués dans le contrôle génétique des propriétés du bois dans un objectif de sélection assisté par marqueurs. / Wood properties in maritime pine are highly variable at chemical, anatomical and mechanical levels. Six types of wood can be found in a single tree, early wood, late wood, crown wood, base wood, compression wood and opposite wood. In this thesis report, we tested the hypothesis that the observed variability at the phenotypic level, can be bound to the differential expression of proteins during the process of wood formation. We use the tools of proteomics, Bidimensional electrophoresis and LC ESI MS/MS for the discovery of 165 proteins differentially expressed in a cambial age gradient, (from base wood to crown wood), an 93 overexpressed proteins in a seasonal gradient (from early wood collected at the beginning of the growing season, to late wood, collected at summer) Complementary, chemical characterization of the samples was performed using analitycal pyrolisis. Our results showed that the secondary xylem formed at the beginning of the growing season, and the xylem formed by a young cambium, present a overexpression of proteins participating in the intense cell division, characteristical of those tissues, e.g. Biogenesis of cytoskeleton and hemicelluloses, RNA transcription, synthesis, folding and modification of proteins. In the xylem formed at the base of the trunk and at the end of the growing season we have found an over-expression of proteins from cell defense (they role will be to delay programmed cell death) and cell wall formation related proteins e.g. lignin biosynthesis. This study contributes to reinforce our knowledge over the molecular actors involved in the xylogenesis process. It opens, in another hand , research guides for the detection of genes involved in the genetic control of wood properties towards an objecive of marker assisted selection.

Les travaux réalisés lors de cette thèse s’effectuent dans le cadre du projet FIXAPIN. Ce projet, financé par la région Nouvelle Aquitaine, est mené en collaboration avec différentes entreprises (Gascogne Bois, Bardage Bois Neoclin, Lesbats Scieries d’Aquitaine, Scierie Labadie et FPBOIS) spécialisées dans le domaine du sciage du bois de pin maritime et l'Institut technologique FCBA. L’objectif du projet est de limiter voire d’empêcher l’exsudation de la résine généralement observée sur la surface des planches de bois de pin maritime utilisées en extérieur comme bardage. L’exsudation de la résine est un frein important à l’utilisation de ce bois en extérieur et ces recherches s’inscrivent dans une démarche d’amélioration continue de la qualité des produits de la filière du pin maritime.Le bois de pin maritime peut présenter un taux de résine supérieur à 10 % de sa masse. La résine est constituée d’environ 70 % de colophane (fraction solide) et de 30 % d’essence de térébenthine (fraction liquide et volatile). À la suite d’essais préliminaires, les recherches réalisées lors de cette thèse se sont concentrées sur l’optimisation du cycle de séchage du bois afin de fixer la résine dans les planches. Les propriétés thermiques de la résine associée à des analyses physico-chimiques ont été étudiées afin de mettre en place des procédures de séchage optimisées ayant pour but d’augmenter la température de ramollissement de la résine à un seuil supérieur à la température maximum atteignable par un bardage extérieur.Les résultats ont permis de démontrer l’efficacité d’un séchage/traitement thermique du bois à haute température (> 120 °C) permettant d’envisager la poursuite de ces travaux aux échelles pilotes puis industrielles. De plus, des séchages longs à basse température (< 60 °C) peuvent également représenter une voie prometteuse concernant le séchage du bois en séchoir traditionnel. / The work realised in the context of this thesis is carried out within the FIXAPIN project. This project, funded by the Nouvelle Aquitaine council, is carried out in collaboration with several companies (Gascogne Bois, Bardage Bois Neoclin, Lesbats Scieries d'Aquitaine, Scierie Labadie and FPBOIS) specialized in the sawing of maritime pine wood and the FCBA Technological Institute.The aim of the project is to limit or even to prevent the exudation of the resin generally observed on the surface of maritime pine wood boards used outdoors as wood siding. The resin exudation is a major constraint to the external use of this wood and this research project is part of a continuous improvement process of the maritime pine products quality.Maritime pine wood can have a resin amount greater than 10% of its mass. The resin consists approximately of 70% rosin (solid fraction) and 30% turpentine (liquid and volatile fraction). Based on preliminary tests, the research carried out during this thesis focused on optimizing the wood drying process in order to fix the resin in the wood boards. The thermal properties of the resin associated with physico-chemical analyses were studied in order to implement optimized drying procedures to increase the resin softening temperature to a threshold higher than the maximum temperature attainable by an exterior siding.The results have demonstrated the effectiveness of drying / heat treatment of wood at high temperature (> 120 ° C) to allow the pursuit of this work at pilot than industrial scales. Furthermore, long drying at low temperatures (<60 ° C) may also be a promising approach regarding the wood drying process in traditional kilns.

Une étude détaillée des séchoirs solaires existants dans le marché du bois, suivie d'une analyse selon les lois d'évolution des systèmes techniques, conduit à la proposition d'un concept innovant de séchoir avec stockage d'énergie. La conception particulière et innovante et la conduite du séchage par des variables de pilotage imposent une modélisation des diverses unités du système et des milieux extérieurs environnants. Des modèles de chaque unité sont ainsi construits. Ils intègrent nécessairement les variables de conception. Le séchage est décrit par le modèle classique de la courbe caractéristique. Les modèles des autres unités sont écrits de manière parcimonieuse afin de diminuer les temps de calcul. Ils sont également qualifiés en terme de parcimonie, exactitude, précision et spécialisation. Une vision intéressante du milieu extérieur « météorologie » est proposée en exploitant les données correspondant à la zone de l'aéroport de Mexico. Des essais de séchage de planches de pin maritime par léchage ont permis de modéliser la cinétique de séchage. Le modèle global du séchoir est obtenu par concaténation des modèles des différentes unités en intégrant des composants d'interaction (ventilateur et trappes) et via les variables de pilotage. Les résultats obtenus sont analysés en terme de temps de séchage, de qualité du bois et de temps de retour des investissements. Ils aboutissent à la définition de tables de conduite permettant la gestion de la qualité du bois. Le séchoir conçu lors de ces travaux est innovant, rentable et utilisable dans le domaine de séchage du bois au Mexique.

Les avancées scientifiques dans les plantes, les technologies de transformation, les biotechnologies permettent d’envisager à terme que des produits de la chimie verte du carbone renouvelable, substituables et compétitifs, remplaceront ceux issus des matières fossiles. En effet, l’un des grands thèmes de recherche actuelle en chimie est la chimie dite "propre". Dans ce cadre, le projet proposé vise une double valorisation de déchets issus de la filière "bois". La première valorisation concerne l’isolation de molécules extractibles, qui sont présentes en très faible quantité dans les matériaux lignocellulosiques, donc des produits à forte valeur ajoutée. La seconde valorisation concerne la transformation du résidu, après isolation des extractibles, en charbon actif, autre matériau à forte valeur ajoutée. Le procédé proposé concerne donc le secteur de la « chimie verte » avec une approche intégrée de « valorisation des déchets ». Nous avons utilisé comme matière première des déchets de pin maritime des Landes sous forme de sciure, à partir desquels nous avons extrait les composés volatils à partir de différents procédés intensifiés tels que les microondes et les ultrasons. L’huile obtenue a été caractérisée en déterminant sa quantité (rendement), sa composition, sa capacité antioxydante, la quantité en polyphénols qu’elle renferme, sa microstructure, etc. Afin que la valorisation de ces déchets soit totale, les résidus solides ont subi une pyro-activation physique avec du CO2 et de la vapeur d’eau comme agents activants pour produire du charbon actif. Une optimisation a été effectuée à partir des réponses suivantes : la surface BET, la taille des pores par adsorption d’azote à 77 K et les propriétés d’adsorption du charbon actif en phase aqueuse (paramètres de Langmuir et Freundlich). / The scientific advances in plants, processing technologies, biotechnology allow considering that the products of renewable carbon green chemistry, substitutable and competitive will replace the products issued from fossil material. In this framework, this project concerned a double valorization of waste from wood sector. The first valorization concerned the isolation of extractable compounds which are present in low quantities and could be considered as a high added value product. The second valorization deals with the transformation of the residue in another high added value product : the activated carbons. Thus, the proposed process concerns the sector of "green chemistry" with an integrated approach of "waste valorization". In the framework of this study, we used as raw material sawdust of maritime pine (pinus pinaster) from Landes area from an isolation of volatiles extracted by some intensified processes such as microwave and ultrasounds. The obtained oil was characterized by determining the quantity (yield), the composition, the antioxidant capacity, the polyphenols content and by studying the microstructure. To achieve a total valorization the residues were submitted to a pyro-activation with CO2 and water vapor as activating agents to produce an activated carbon. An optimization was carried out according to different responses as the BET surface, the pores size by nitrogen adsorption at 77 K and the adsorption properties of activated carbon in aqueous phase (Langmuir et Freundlich parameters).