Une nouvelle approche et un nouveau modèle rhéologique pour la modélisation du comportement hygro–thermo–mécanique du bois lors du processus de séchage sont proposés. Cette approche est basée sur la résolution des équations d’équilibre d’une poutre cantilever d’Euler–Bernoulli, sans faire aucune hypothèse sur le profil des contraintes dans l’épaisseur de la poutre. Un code numérique a été développé afin de prédire l’évolution des contraintes et des déformations d’une pièce de bois en flexion porte-à-faux à humidité constante ou variable. Ce code fut validé à partir d’un modèle rhéologique classique (modèle de Burger), où une solution analytique existe à humidité constante. Un nouveau modèle rhéologique global fut alors développé où sont pris en considération le retrait libre, la relation contrainte déformation instantanée (élastique), le fluage induit par le temps (fluage viscoélastique) et le fluage induit par la variation d’humidité (fluage mécanosorptif). La loi constitutive du modèle rhéologique est basée sur un comportement élasto-viscoplastique qui prend en considération l’apparition des gradients d’humidité dans le bois, l’effet du niveau de chargement ou de contrainte en introduisant un seuil de déformation plastique (non recouvrable), et aussi l’effet combiné de la charge et de la variation d’humidité en incluant le comportement mécanosorptif du bois au cours du séchage. Afin d’identifier les paramètres du modèle rhéologique, un dispositif expérimental de flexion en porte-à-faux a été mis en place. Des essais de fluage à 60°C à différents niveaux de charge, à différentes teneurs en humidité constantes, et au cours du séchage ont été réalisés sur le bois d’épinette blanche (Picea glauca (Moench.) Voss.) en direction radiale. Les propriétés élastique, viscoélastique, viscoplastique et mécanosorptive de l’espèce utilisée obtenues expérimentalement ont été reproduites par simulation. La correspondance satisfaisante obtenue entre les résultats de simulation et les résultats expérimentaux confirme la validité de l'approche et du modèle rhéologique proposés pour les conditions expérimentales considérées dans ce travail. / A new approach and rheological model for modeling the hygro-thermo-mechanical behaviour of wood during drying process are proposed. This approach is based on the resolution of equilibrium equations of Euler-Bernoulli cantilever beam without any assumption on stress distribution through the thickness. A numerical code was developed to predict stress and deformation evolution of wood cantilever at constant and variable moisture conditions. This code was validated using a classical rheological model (Burger model), where analytical solution exists at constant moisture content. A new global rheological model was therefore developed where free shrinkage, instantaneous stress-strain relationships, time induced creep (viscoelastic creep) and mechano-sorptive creep are taken into account. The constitutive law is based on an elasto-viscoplastic model that takes into account the moisture content gradient in wood, the effect of external load by introducing a viscoplastic deformation threshold (permanent strain), and also the combined effect of load and moisture content variation by adding the mechano-sorptive behavior of wood during drying. For the rheological model parameters identification, a cantilever experimental setup was used. Creep tests at 60°C, at different load levels, at different constant moisture contents, and during drying were carried out on white spruce wood (Picea glauca (Moench.) Voss.) in the radial direction. Thus, the elastic, viscoelastic, viscoplastic and mechano-sorptive properties obtained experimentally were reproduced by simulation. The good agreement between simulation and experimental results confirms the validity of the proposed numerical approach and the developed rheological model for the experimental conditions considered in this work.

Des modèles empiriques ont été développés pour prédire la transpiration de quatre peuplements de sapin baumier (Abies balsamea L.) de la forêt Montmorency, Québec, à partir de mesures heat pulse velocity (HPV) et de mesures dans une chambre ventilée. La réponse à la blessure due à l’installation de la sonde HPV dans l’arbre expliquait 16% de la variabilité des mesures HPV dans le peuplement testé. Un facteur de correction polynomial est proposé pour l’atténuation du signal HPV dans le sapin baumier. Les taux de transpiration des quatre peuplements étaient tous significativement différents. Les coefficients d’atténuation des effets hydrologiques de la coupe (Ca) ont été calculés et des relations ont été ajustées en fonction de propriétés des peuplements. Les Ca étaient hautement corrélés avec l’âge, la hauteur et en particulier avec la surface terrière. La fonction de Ca indique qu’une récupération hydrologique de 50% est atteinte 16 ans après la coupe. Les valeurs estimées de Ca basés sur la transpiration étaient similaires à celles obtenues à partir des mesures de fonte de la neige pour les peuplements de 2, 12 et 22 ans.

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Les arbustes éricacées sont réputés pour nuire à la croissance de l’épinette noire (Picea mariana (Mill.) [B.S.P.]) par une forte compétition pour les ressources. L’ouverture de la voûte forestière par la coupe peut intensifier cette compétition et mener à l’envahissement des plantes éricacées. L’objectif de ce projet de recherche était d’expliquer, par l’évaluation de la réponse des traits fonctionnels, le potentiel d’envahissement des éricacées et la stagnation de la croissance de la régénération naturelle d’épinette noire après coupe dans le domaine de la pessière noire à mousses de l’est. Le premier volet de la thèse démontre que le thé du Labrador (Rhododendron groenlandicum [Oeder] Kron & Judd) s’acclimate rapidement à l’augmentation de lumière causée par la coupe, spécialement dans les coupes les plus intenses, par des modifications physiolgiques. De son côté, les traits morphologiques de l’épinette noire n’ont pas répondu au changement d’environement créé par la coupe, indicant soit une absence ou un délai d’acclimatation. La deuxième expérience terrain a permis de constater que la photosynthèse de l’épinette noire était influencée négativement par la présence des plantes éricacées sur le parterre de coupe, et ce, peu importe la qualité de la station étudiée. Cette réduction du taux de photosynthèse serait attribuable à la plus faible disponibilité en azote minéral dans les parcelles témoin résultant d’une forte compétition souterraine des plantes éricacées pour les ressources nutritives du sol. Une troisième expérience en serre a démontré que la masse foliaire par unité de surface (LMA) du Rhododendron et du Kalmia a diminué avec l’ombrage. L’épinette noire a montré une taux d’absorption et un taux d’absorption spécifique supérieurs à des niveaux d’azote plus élevés comparativement aux éricacées. La plasiticité envers la lumière fut supérieure pour le Kalmia (sauf pour la LMA) et celle envers l’addition d’azote fut supérieure pour le Rhododendron et l’épinette suggérant que la plasticité des traits est en accord avec le statut successionnel des espèces. / Ericaceous shrubs are known to impair black spruce (Picea mariana (Mill.) [B.S.P.]) growth by creating a strong competition for below and aboveground resources. Opening of the forest canopy with harvest can intensify this competition and lead to enroachment of ericaceous shrub. Our objective was to explain, through evaluation response of functional traits, ericaceous potential enroachment after logging and stagnant growth of black spruce advance regeneration in the Quebec’s eastern black spruce-feathermoss sub-domain. The first chapter demonstrated the rapid acclimation of bog Labrador tea (Rhododendron groenlandicum [Oeder] Kron & Judd) to higher light availability created by logging, especially in the more intense treatements, through a modification of both physiological leaf traits. On the other hand, black spruce leaf traits did not respond to changes in environement associated with logging; this may indicate either an absence or a delay in acclimation. In a second field experiment, black spruce photosynthetic rate was negatively influenced by ericaceous shrub presence on the cutting area, regardless of the site fertility quality. The lower photosynthesis rate of black spruce, when associated with ericaceous shrubs, could be resulting of a lower mineral soil nitrogen availability created by a greater belowground competition for ressources form the ericaceous shrubs. A third experiment under greenhouse conditions showed that Rhododendron and Kalmia leaf mass per unit of area (LMA) was reduced by shading, but was similar for black spruce. There were few differences in trait response to N addition among species. Black spruce showed higher absorption rate and specific absorption rate at higher N levels, compared to the two ericads. Plasticity to light was higher for Kalmia (except for LMA) and plasticity for nitrogen addition was higher for Rhododendron black spruce suggesting that trait plasticity is in accordance with successional status of these species.

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Les programmes d’amélioration génétique visent la sélection d’arbres supérieurs qui serviront à établir des plantations de haute productivité adaptées aux conditions climatiques actuelles et futures. Or, les conditions climatiques futures seront vraisemblablement différentes des conditions actuelles. En effet, selon le scénario d’émission A1B, défini par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), la concentration atmosphérique en CO2 pourrait doubler à 760 ppm d’ici 2100 et, au Canada, la température moyenne pourrait augmenter de 4,3 °C (GIEC 2007). À cet égard, les programmes de reboisement devraient tenir compte de ces changements climatiques en évaluant les réponses morpho-physiologiques des différentes sources génétiques de semences vis-à-vis des principales variables environnementales (CO2 et température) et de leur interaction. Dans une expérience en conditions contrôlées (température, CO2, humidité relative, lumière, photopériode, etc.), des plants d’épinette blanche, représentant les meilleures familles biparentales identifiées par le programme d’amélioration génétique du Québec, ont été soumis à une combinaison de deux régimes de températures (actuelles vs. futures prédites) et de deux régimes de CO2 (380 vs. 760 ppm) pendant leur seconde et leur troisième saison de croissance. La croissance des parties aériennes et des racines, ainsi que la nutrition minérale ont été évaluées à la fin de la deuxième et de la troisième saison de croissance. Des mesures d’échanges gazeux, de transpiration cuticulaire, de quantité de cire cuticulaire ainsi que de surface foliaire spécifique ont également été effectuées sur les plants âgés de trois ans. L’augmentation de la température et de la concentration en CO2 a eu peu d’effet sur les variables morpho-physiologiques des plants de deux ans (2+0) et de trois ans (3+0) d’épinette blanche. Ainsi, l’élévation seule de la température ou de la concentration en CO2 s’est traduite par une augmentation de la hauteur des plants (2+0) ainsi que du diamètre et de la masse sèche des racines des plants (3+0). Des différences entre les familles ont été observées pour la majorité des variables morpho-physiologiques des v plants (2+0) et (3+0), c’est-à-dire pour toutes les variables de croissance, la nutrition minérale, la transpiration ainsi que la conductance stomatique. Aucune interaction famille*traitement n’ayant été significative, les résultats de cette expérience indiquent que la performance relative entre les familles d’épinette blanche ne devrait pas être modifiée suite à une augmentation de la température et de la concentration en CO2. Nos résultats suggèrent que les meilleures familles actuellement sélectionnées dans le cadre du programme d’amélioration génétique de l’épinette blanche au Québec devraient maintenir leur performance supérieure en présence des conditions climatiques futures prédites. De plus, l’héritabilité familiale s’est révélée similaire et élevée (supérieure à 0,4) entre les traitements de température * CO2, ce qui signifie que les traitements n’ont pas eu d’impact sur la variabilité génétique entre les familles testées. / According to the A1B emissions scenario of the Intergovernmental Panel on Climate Change’s (IPCC) 2007 report, atmospheric CO2 concentration will double before 2100 and, in Canada, average temperatures could increase by 4.3 °C. In a growth chamber experiment, we subjected white spruce seedlings from the best performing full-sib families in Québec’s current tree breeding program to a combination of two temperature regimes (present day vs. anticipated future temperatures) and two levels of CO2 (380 vs. 760 ppm) during two growing seasons. The interaction between CO2 and temperature increases had no significant effect on growth characteristics, mineral nutrition, gas exchange and needle characteristics of seedlings at the juvenile stage. Furthermore, the relative performance between 20 families did not change, suggesting that they should maintain their superior performance under predicted future climate conditions.

Le déficit hydrique affecte plusieurs variables physiologiques de la plante et est synonyme de baisse de rendement et de qualité pour des végétaux de grande culture tels que la pomme de terre. Dès lors, l’irrigation devient une solution préconisée. Celle-ci doit cependant permettre d’appliquer seulement la quantité d’eau dont la plante a besoin pour éviter le lessivage des fertilisants et pesticides pouvant contaminer la nappe phréatique. Depuis plus de vingt ans, la télédétection infrarouge thermique a permis de développer plusieurs outils de détection du stress hydrique. À travers des indices alliant des capteurs et des modèles tels que le CWSI (Crop Water Stress Index), la télédétection est utilisée pour répondre au besoin de dosage contrôlé des nouvelles pratiques agricoles et assurer une meilleure gestion de l’irrigation. Du fait des portions de sol visibles, les cultures partiellement couvrantes peuvent engendrer des erreurs d’estimation dans l’utilisation de ces indices. L’utilisation de radiomètre imageur allié à l’imagerie visible permet de palier à cette faiblesse. Le but de nos travaux est le développement d’un indicateur de l’état hydrique de la culture, accessible par thermographie infrarouge, permettant la détection précoce et la prévention du stress hydrique. Des mesures de température ont été effectuées en serre sur deux variétés de pomme de terre avec le radiomètre imageur ThermaCAM SC 2000. Des mesures répétées ont été prises sur des plants induits en stress hydrique et des plants témoins à plusieurs stades de développement de la culture. L’étude a montré une détection hâtive du déficit hydrique par thermographie infrarouge ainsi que l’influence du stress sur les variables biophysiques (température foliaire, surface foliaire, photosynthèse et conductance stomatique) et le rendement. La différence de température entre le couvert végétal et l’air (Tc – Ta) est fortement corrélée au stress hydrique. Elle a été associée à la surface foliaire pour développer l’Indice de Stress Hydrique Surfacique (ISHS). Les résultats obtenus avec l’ISHS pour la détection du stress hydrique sont très encourageants. / Water stress affect the yield and the crop quality. For more than twenty years, remote sensing allowed several tools developments to assess water stress detection using sensors and model such as Crop Water Stress Index (CWSI). Sparse crop can generate error in the interpretation of this index. The use of an imaging-radiometer combined to a high spatial resolution visible image help to remove this weakness. This study present a new water stress index based in the use of infrared thermography. A first dataset was taken from greenhouse experimental set up on potatoes species (Highlite and Chieftain) using an hand-held imaging-radiometer (ThermaCAM SC 2000). Repeated measurements were made for water-stress induced plants and for well irrigated plants at different growing stages. The study showed that an early detection of water deficit by infrared thermography is possible as well as the detection of the significant response of plant to heat stress and leaf area change based on water stress intensity. Temperature differences between crop canopy and air (Tc - Ta) are strongly correlated with the water stress. The study has permitted the development of a new index named Area Water Stress Index (AWSI) and the results obtained with this index for water stress detection are very encouraging.

Ce mémoire examine l’effet de l’agrisylviculture sur les champignons mycorhiziens arbusculaires (MA). Un premier chapitre met en relation les nouveaux développements de la recherche sur les systèmes agrisylvicoles et l’écologie des champignons MA. Le deuxième chapitre examine la diversité des champignons MA dans un système agrisylvicole du sud-ouest du Québec, par analyse moléculaire d’un gène des champignons. Le premier chapitre démontre que la diversité des champignons MA n’est pas forcément plus élevée dans les systèmes agrisylvicoles que dans les systèmes agricoles conventionnels, mais que l’agrisylviculture peut répondre favorablement à certaines imperfections de l’agriculture biologique. La composition des communautés de champignons MA trouvée dans le système agrisylvicole étudié était relativement simple, révélant ainsi un degré élevé de perturbations probablement liées aux techniques culturales. Il apparaît en outre que les arbres et la culture supportaient des communautés distinctes suggérant que l’agrisylviculture puisse avoir un potentiel dans l’augmentation de la diversité des champignons MA. / Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

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