Les résidus solides récupérés au traitement des eaux usées des usines de pâtes et papiers sont appelés boues. La boue primaire (BP) représente une source de fibres pour l'industrie des panneaux de fibres de moyenne densité (MDF) et la boue secondaire (BS) a des propriétés adhésives. L'objectif général de l'étude est d'évaluer la faisabilité de produire des panneaux MDF à partir de BP et de BS issues de différents procédés papetiers, de résine urée-formaldéhyde (UF) et de fibres de bouleau blanc de qualité pâte. Les résidus furent échantillonnés puis caractérisés en termes de composition chimique, de pH, de capacité tampon et de longueur des fibres. Des panneaux de fibres furent fabriqués selon trois dispositifs expérimentaux où les facteurs sont : la proportion de boue, le type de boue (BP, BS), le procédé papetier (PTM, PCTM, kraft) et la teneur en résine UF (0%, 8%, 12%). La BS est riche en protéines et contient plus de lignine et moins de cellulose que la BP. La BP est donc une source de fibres et la BS est une source potentielle d'agent liant. Les boues PTM et PCTM contiennent plus de cellulose et moins de cendre (impuretés) que la boue issue du procédé kraft. Toutefois, les fibres dans les boues kraft sont plus longues. Dans la majorité des cas, le procédé papetier et le type de boue (BP, BS) eurent un effet significatif sur les propriétés des panneaux. Dans les panneaux de boue sans résine, la cohésion interne augmente et le gonflement en épaisseur diminue lorsque la teneur en BS augmente. Ce résultat fut attribué aux propriétés adhésives de la BS. Dans les panneaux MDF (boue, fibres et résine), l'augmentation de la proportion de boue a un effet négatif sur presque toutes les propriétés des panneaux. Toutefois, l'ajout de boues permit de réduire les émissions de HCHO jusqu'à 68% en comparaison avec le panneau témoin, sans effet négatif sur la CI. Les boues ont un pH et une capacité tampon plus élevés que les fibres de bois, ce qui a probablement nuit à la performance (reticulation) de l'adhésif UF.

La coloration du bois pendant le séchage diminue la qualité et la valeur du produit fini, augmente les coûts de production et diminue le rendement matière. C’est un processus complexe qui est difficile à prédire. Le développement d'un modèle de changement de couleur du bois en cours de séchage peut donc favoriser l’économie de temps et de matière première. Deux séries de six essais ont été effectuées dans cette étude sur l’aubier du bouleau à papier et de l'érable à sucre afin de mesurer le changement de couleur du bois pendant un séchage conventionnel à trois niveaux différents de température sèche (40, 60 et 80°C) et deux niveaux de dépression au thermomètre humide (4 et 15°C). Les données de ces essais ont conduit au développement de modèles statistiques du changement de l’indice de clarté L* pour chaque espèce, séparément pour la surface et l’intérieur du bois, en utilisant des modèles de régression mixte avec la planche considérée comme effet aléatoire. Deux types de modèles ont été développés, soit en considérant les trois températures sèches (40, 60 et 80°C) d’une part, et les deux températures les plus élevées seulement (60 et 80°C) d’autre part. Finalement, les modèles statistiques furent combinés à un modèle existant de transfert de masse et de chaleur (DRYTEK) afin de simuler les changements de couleur pour tout autre programme spécifique de séchage à moyenne température. Les paramètres du modèle numérique de transfert de masse et de chaleur ont été mesurés préalablement pour les deux espèces. Les modèles statistiques et les modèles intégrés de changement de couleur furent enfin validés en réalisant pour chaque espèce un essai indépendant de séchage à une température sèche de 70°C et à une dépression au thermomètre humide de 10°C. Les résultats des essais de mesure de couleur aux températures de 60 et 80°C montrent que les valeurs de L* des deux espèces à l’intérieur de la planche diminuent rapidement avec une diminution de la teneur en humidité (M) jusqu’au point de saturation des fibres. Par la suite, les valeurs de L* diminuent lentement jusqu'à 15 - 25% M où celles-ci peuvent même commencer à augmenter. Le changement de couleur du bois à 40°C est très faible ou inexistant. Les valeurs de L* à la surface de la planche diminuent également de façon substantielle avec la diminution de la teneur en humidité, exception faite à 40°C. Pour l’ensemble de l’épaisseur du bois, plus élevée est la température de séchage, plus grande est la diminution des valeurs de L*. Réciproquement, plus forte est la dépression au thermomètre humide, plus faible est le changement de couleur à une température sèche donnée. Les composantes a* et b* montrent un comportement similaire à L* par rapport aux variations de la température de séchage et de la dépression au thermomètre humide. Par contre, les valeurs de a* et b* augmentent avec la teneur en humidité au lieu de diminuer. La comparaison des valeurs de L* obtenues des modèles statistiques de prévision avec les valeurs de L* mesurées expérimentalement à partir des essais de validation montre une très forte similarité des deux types de résultats dans le cas de l'érable de sucre. Pour le bouleau à papier, un écart important est observé entre les valeurs prédites et mesurées au-dessus du point de saturation des fibres. La relation teneur en humidité-potentiel hydrique mesurée expérimentalement montre que le potentiel hydrique augmente avec la température à une teneur en humidité donnée. Pour les deux espèces, un plateau caractéristique est observé dans la gamme de potentiels hydriques entre -2000 et -6000 J kg-1. Tel que prévu, la conductivité hydrique effective augmente avec le contenu d'humidité et la température, et elle est plus élevée en direction radiale qu’en direction tangentielle. Le coefficient de transfert convectif de masse augmente avec la température de séchage à une dépression au thermomètre humide donnée, alors qu’il diminue avec la dépression au thermomètre humide à une température de séchage donnée. Finalement, la comparaison des mesures de changement de couleur au cours des essais de validation avec les valeurs simulées à partir des modèles statistiques combinés au modèle de transfert de masse et de chaleur montre une évolution des valeurs de L* très similaire dans le cas de l’érable à sucre. À l’instar des modèles statistiques, un écart important existe entre les deux types de résultats pour le bouleau à papier dans la première partie du séchage. / Wood discoloration during drying is diminishing quality and value of end product, increasing production costs and decreasing yield. Wood discoloration during drying is a complex process which is difficult to predict. The development of a wood color model can save material and time by simulating color changes for any specific drying conditions. A set of six experiments were performed in this study on paper birch and sugar maple sapwood to measure wood color changes during conventional drying at three different levels of dry-bulb temperature (40, 60 and 80˚C) and two levels of wet-bulb depression (4 and 15˚C). Statistical wood color models for lightness L* were proposed for each species, both for the wood surface and through the board thickness, to predict the wood color changes during conventional drying using mixed regression models with the board sample taken as the random effect. Three temperature (3T) (40, 60 and 80˚C) and two temperature (2T) (60 and 80˚C) models were developed. Finally, the statistical wood color models were integrated into an existing heat and mass transfer numerical model (DRYTEK) in order to simulate, for any conventional dynamic wood drying schedule, wood color changes on the surface and through the board thickness. The numerical model parameters (moisture content-water potential relationship, effective water conductivity, convective mass transfer coefficient) were experimentally determined for paper birch and sugar maple at the three drying temperatures. Both types of wood color predictive models were then validated by means of an independent drying run conducted at the dry-bulb temperature of 70°C and the wet-bulb depression of 10oC. The results of the wood color measurement tests show that at the dry-bulb temperatures of 60 and 80˚C, the L* values of both species below the surface decrease rapidly with a decrease of the moisture content (M) from the green state to the fiber saturation point. Then, the L* values decrease slowly until about 15 - 25% M where they may even start to increase. Wood color changes at 40˚C were found very small, either positive or negative. The L* values at the surface also decrease as the moisture content decreases and, except for the temperature of 40oC, the changes in color increase with the drying temperature. In general, the higher is the dry-bulb temperature, the greater is the decrease of the L* values through the board thickness. Conversely, the higher is the wet-bulb depression at a given dry-bulb temperature, the smaller are the color changes. The color components a* and b* follow a similar behavior as L* with respect to drying temperature and wet bulb depression. However, contrarily to the L* values, the a* and b* values increase with a decrease of M. The comparison of the predicted L* values obtained from the statistical models with the experimental L* values obtained from the validation tests shows a very good agreement between both types of results in the case of sugar maple. For paper birch, a fairly large discrepancy is observed during the first part of drying between predicted and experimental results but a better agreement is found at the end of drying. The results of the moisture content-water potential relationship determination show that the water potential increases with temperature at a given moisture content. A characteristic plateau was found in the water potential range of -2,000 and -6,000 J kg-1. As expected, the effective water conductivity increases with moisture content and temperature and it is higher in the radial direction than in the tangential direction. The convective mass transfer coefficient increases with dry-bulb temperature at a given wet-bulb depression, whereas it decreases with an increase of web-bulb depression at a given dry-bulb temperature. Finally, the comparison of the wood color measurements during the validation tests on paper birch and sugar maple with the wood color values simulated with the integrated statistical/numerical models shows a very good agreement between both types of results in the case of sugar maple. As it was observed for the statistical models, the fit was poorer in the case of paper birch, especially above the fiber saturation point where the initial moisture content seems to be an important factor in the color changes behavior of wood during drying.

L'industrie des bois composites, dont le besoin en fibres est grandissant, trouve de plus en plus de difficultés à s'approvisionner. Trouver de nouvelles sources de fibres est donc très important pour la bonne gestion des forêts et la santé de ce secteur économique. L'objectif de ce projet de recherche est de montrer en quoi le peuplier hybride et les boues papetières constituent une voie exploratoire intéressante en réponse à ce problème. Une trentaine de panneaux de fibres de moyenne densité (MDF) ont été fabriqués avec 12% de résine urée-formaldéhyde et différentes proportions de fibres de peuplier hybride et de fibres de boues primaires issues des procédés papetiers kraft et thermomé- canique. Ces panneaux ont alors été soumis, selon la norme ASTM D-1037, à des essais de cohésion interne, de modules d'élasticité et de rupture, de gonflement en épaisseur et de dilatation linéaire. Les profils de densité et les émissions de formaldéhyde ont également été mesurés. Les résultats montrent que le peuplier hybride satisfait très bien aux exigences de l'industrie des bois composites. Ils montrent également qu'une quantité non négligeable de fibres recyclées, soit 25% de boue kraft ou de boue thermomécanique, peut être incorporée à ces panneaux tout en respectant le plus haut grade de la norme ANSI A208.2-2009. Les boues thermomécaniques obtiennent globalement de meilleurs résultats que les boues kraft, probablement à cause de la présence de cendres dans ces dernières. Avec le plus bas grade de la norme ANSI A208.2-2009, la quantité de boue thermomécanique peut même atteindre les 75%. Les essais les plus affectés par la pré- sence de boue dans les panneaux sont la cohésion interne, la dilatation linéaire et les émissions de formaldéhyde. Pour assurer l'avenir des boues dans les composites, les recherches futures devront démontrer qu'il est possible de s'affranchir du formaldéhyde. / The wood composites industry has more and more difficulties to find raw materials. The aim of this project is to show that hybrid poplar and paper mill sludge are both sustainable fiber ressources. Thirty medium-density fiberboard panels (MDF) were produced with 12% of ureaformaldehyde resin and various ratios of hybrid poplar fibers and primary paper mill sludge from kraft and thermomechanical processes. According to the ASTM D-1037 standard method, the evaluated properties were modulus of elasticity, modulus of rupture, internal bond strength, thickness swell and linear expansion. Panel density and formaldehyde emission were also measured. The results show that MDF made from hybrid poplar fully satisfies the industrial quality requirements. Panels with 25% of kraft or thermomechanical sludge meet the ANSI A208.2-2002 MDF standard for the highest grade. Overall, kraft sludge give inferior performances than thermomechanical sludge, probably due to their high ash content. For the lowest grade of ANSI A208.2-2002 MDF standard, it is possible to increase the amount of thermomechanical sludge to 75%. Sludge plays a significant role in MDF panel properties, particularly for internal bond strength, linear expansion and formaldehyde emission. In the future, research efforts should demonstrate that formaldehyde-free composites are compatible with paper mill sludge.

Les lignines sont des polymères naturels et renouvelables. C’est le polymère le plus abondant sur la terre après la cellulose. De nos jours, les lignines sont sous-exploitées et seulement 2 % de la lignine est valorisée par an, leur application capital restant comme combustible dans les industries papetières pour la production d'énergie. Au Québec, 130 000 tonnes de liqueur noire contenant de la lignine pourraient être extraites par an afin de les valoriser, sans perturber la production dans ces industries papetières. Sa valorisation pourrait contribuer à créer de nouveaux produits à valeur ajoutée tels que les biocomposites avec une matrice de polyéthylène, polystyrène recyclé ou encore le bois. Ces nouveaux produits de ces industries pourraient améliorer la situation économique dans ce domaine, mais aussi pourraient apporter de nouvelles connaissances dans le domaine des écomatériaux tout en contribuant à la diminution des gaz à effet de serre en favorisant le produit naturel contre le produit de synthèse. Les structures des lignines diffèrent selon certains paramètres (origine, le processus d'isolation ...). Dans ce projet, deux lignines Kraft seront précipitées à partir de liqueur noire de deux industries papetières québécoises en utilisant du dioxyde de carbone comme réactif. Ces lignines seront purifiées et comparées analytiquement à d’autres lignines; une lignine Kraft commerciale, une lignine pyrolytique et une lignine Protobind Soda 2400. Connaissant la structure des lignines, il sera plus facile de les modifier. Les lignines Kraft ont été estérifiées avec l'anhydride maléique et l'anhydride succinique et comparée aux lignines non modifiées par plusieurs techniques d'analyse telles que FT-IR, TGA, DSC, RMN. Les lignines Wayagamack maléatées et non maléatées ont été incorporées dans un biocomposite de polystyrène recyclé et les propriétés mécaniques et thermiques ainsi que la morphologie ont été étudiées. Les composites avec la lignine non modifié ont montré de bonnes propriétés mécaniques et thermiques par rapport au composite avec la lignine maléate où la lignine maléatée était pourtant compatible avec le polystyrène recyclé. Les lignines Windsor non estérifiée et succinate ont été utilisées en tant que liant dans un panneau de bois et leurs propriétés mécaniques ont également été étudiées. Les résultats ont montré les meilleures propriétés mécaniques pour le panneau de bois contenant de la lignine Kraft non modifié. Les réactions de condensation de la lignine Kraft au cours de la compression à chaud du panneau améliorerait la solidité du panneau contrairement à des réactions d'estérification qui pourraient avoir lieu entre la lignine estérifié et les hydroxyles de bois. Mots clés : Liqueur noire, Lignine, Procédé Kraft, Estérification, Caractérisation, Composite, Valorisation, polystyrène, bois. / Lignins are renewable and natural polymers. It is the most abundant polymer on the earth after cellulose. Nowadays, lignins are not fully exploited and only 2% of lignin is valorised per year, their principal application remaining as a combustible in pulp industries for energy production. In Quebec, 130000 tons of black liquor containing lignin could be available from Kraft industry, per year, in order to valorise them, without disturbing the mill production. Its valorisation could contribute to create new value added products like bio composites with a matrix of polyethylene, recycled polystyrene or even wood. These new products of these industries could improve the economic situation in this field, but also could bring new knowledge in the eco materials field, in contributing of the decrease of greenhouse gases in favoring the natural product against the synthetic product. Lignin structure is different depending on several parameters (origin, isolation process…). In this project, two Kraft lignins will be precipitated from black liquor of two Quebecoise paper industries using carbon dioxide as the reagent. These lignins will be purified and compared analytically to others lignins; one Kraft softwood commercial lignin, one pyrolytic lignin and one Soda lignin Protobind 2400. With the knowledge of the Kraft lignin structure, it will be easier to modify these lignins. The esterified Kraft lignins with maleic anhydride and succinic anhydride will be compared to the unmodified lignin according to several analytical technical as FT-IR, TGA, DSC, NMR. Maleated and non modified Wayagamack lignins were incorporated in biocomposite of recycled polystyrene and the mechanical and thermal properties and the morphology were studied. The composite with non modified lignin showed good mechanical and thermal properties compared to the composite with maleated lignin where the maleated lignin was still compatible with the recycled polystyrene The Windsor succinated and non modified lignin were used as a binder in a wood panel and their properties were also studied. The results showed the best mechanical properties for the wood panel containing non modified Kraft lignin. Condensation reactions of Kraft lignin during the hot-pressing of the panel improve the solidity of the panel unlike esterification reactions that could take place between esterified lignin and the wood hydroxyls. Key words: Black liquor, Lignin, Kraft process, Characterisation, Esterification, Composite, Valorization, Polystyrene, Wood.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Dans un premier volet de recherche, la qualité de surface et l'adhésion d'un verni sur du bois de bouleau blanc raboté selon deux procédés d'usinage ont été évaluées. Pour le rabotage hélicoïdal transversal, l'effet de l'épaisseur de coupe n'a eu aucun effet significatif sur la qualité de surface ni sur l'adhésion. L'épaisseur de coupe n'a eu non plus aucun effet significatif pour la coupe rotative. Par contre, une augmentation de la vitesse d'avance en coupe rotative entraîna une augmentation de la rugosité et de la mouillabilité de surface. Cette vitesse n'a toutefois pas affecté la performance du vernis. La microscopie électronique à balayage environnemental n'a montré aucun écrasement cellulaire pour les échantillons rabotés en coupe hélicoïdale. En revanche, la coupe rotative a produit un léger endommagement cellulaire, sous forme de rayons fléchis et de fibres déformées. Cet endommagement expliquerait pourquoi la performance du vernis fut moindre en coupe rotative qu'en coupe hélicoïdale. Les meilleures conditions de coupe de ces deux procédés ont été ensuite sélectionnées pour réaliser un deuxième volet de recherche. Dans ce second volet, les deux procédés ont donc été comparés avec le ponçage de finition. Deux types de revêtement furent appliqués sur les surfaces, l'un à base de solvant et l'autre à base d'eau. Le rabotage hélicoïdal a produit la rugosité la plus élevée, la fibrillation la plus faible, la meilleure mouillabilité et une bonne adhésion des vernis après vieillissement. La coupe rotative a généré une rugosité et une fibrillation intermédiaires, un léger endommagement cellulaire, la mouillabilité la plus faible et une bonne adhésion des vernis avant vieillissement. Le ponçage a produit la plus faible rugosité, la fibrillation et l'endommagement cellulaire les plus élevés, une mouillabilité intermédiaire et une bonne adhésion avant vieillissement. La coupe hélicoïdale s'avérerait la meilleure à long terme puisque les propriétés d'adhésion ont moins diminué suite au vieillissement. Une bonne fibrillation et l'absence d'écrasement cellulaire semblent favoriser l'étalement et la pénétration des revêtements dans le bois. Ce procédé peut donc remplacer favorablement le ponçage. La coupe rotative, quant à elle, fourni un rendement équivalent au ponçage bien qu'elle puisse être encore améliorée en augmentant l'angle d'attaque.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2024 / L'industrie québécoise des produits forestiers génère de grandes quantités de résidus qui peuvent être utilisés en agriculture comme amendements ou sources d'éléments fertilisants afin de restaurer la fertilité des sols. Cependant, l'épandage de ces produits sur nos terres agricoles peut susciter des inquiétudes quant à l'accumulation d'éléments traces métalliques (ÉTM) dans les sols et les cultures et peu d'études ont évalué leurs effets à long terme. Une expérience a été réalisée entre 2000 et 2008 sur un sol loameux situé à Yamachiche, QC afin de mesurer l'effet à long terme d'apports annuels répétés de biosolides mixtes papetiers (BMP) lorsqu'appliqués seuls ou en mélanges avec des résidus alcalins (RA) sur le pH du sol et les formes labiles des ÉTM, notamment le Cu, Zn, Ni, Mo et Cd, dans le sol et les plantes après six [soya (Glycine max (L.) Merr.)] et neuf années de culture [maïs (Zea mays L.)]. Cette étude exhaustive faisait appel à diverses méthodes d'extraction de routine ainsi qu'à un schéma de fractionnement révélant l'accumulation dans certains pools d'ÉTM dans le sol après l'ajout des matériaux et prédisant la transformation des ÉTM entre les différentes formes dans le sol et leur libération potentielle dans l'environnement. Les BMP ont été apportés annuellement à des taux de 0, 30, 60 ou 90 t ha⁻¹ (base humide) en surface après le semis. De la chaux calcique (CC), de la boue de chaux (BC) et de la cendre de bois (CB) ont été appliquées chacune à raison de 3 t ha⁻¹ (base humide) conjointement avec 30 t ha⁻¹ de BMP. Dans un premier temps, les résultats montrent que l'application répétée du mélange BMP + BC a produit les augmentations de pH les plus importantes, suivies par le mélange BMP + CC. Ces augmentations de pH ont aidé à diminuer la teneur en ÉTM labiles dans le sol. Cependant, l'application répétée de doses élevées de BMP (90 t ha⁻¹) a augmenté l'indice de disponibilité des ÉTM dans le sol ainsi que le taux de leur prélèvement par les cultures. Dans un deuxième temps, il a été observé que les applications répétées de BMP à doses élevées ont augmenté les concentrations d'ÉTM dans les plantes et le sol après six et neuf ans dans l'ordre Cd > Mo (soya) > Zn > Cu. Les RA ont augmenté le pH du sol et la disponibilité du Mo et ont diminué la disponibilité du Zn et du Cd. Les tiges des deux cultures ont emmagasiné davantage d'ÉTM selon les taux d'application que les grains, mais leurs concentrations étaient généralement bien inférieures aux valeurs critiques. Toutefois, le rapport Cu/Mo des plants de soja à un pH > 6,8 a chuté en-dessous de 2:1 et pourrait présenter un risque d'induire un trouble du métabolisme du Cu chez les ruminants. Dans un dernier temps, l'étude du fractionnement des ÉTM selon la méthode de Tessier a révélé que l'ajout de BMP augmentait les concentrations de Zn et de Cd échangeables, de Cd lié aux carbonates, de Zn et de Cd liés aux oxydes de Fe-Mn, de Cu et de Zn liés aux composés organiques, ainsi que de Zn et de Cd de la fraction résiduelle. En revanche, cet ajout a diminué la concentration de Cu liée aux oxydes de Fe-Mn dans la couche supérieure de 30 cm. Avec les sous-produits de chaulage, il a été observé un passage des formes échangeables des ÉTM étudiés aux formes liées aux carbonates. Même avec une très faible augmentation des ÉTM, les BMP + RA ont augmenté la mobilité du Zn et du Cd du sol après neuf ans d'application, et cette redistribution des métaux s'est traduite par des concentrations plus élevées dans les grains des cultures. Ces résultats suggèrent que les applications répétées de doses de BMP supérieures à 60 t ha⁻¹ (base humide) peuvent contribuer à augmenter les teneurs en ÉTM sous formes labiles dans la couche arable du sol et peuvent ainsi nuire à la durabilité de l'agroécosystème. L'épandage à faible dose de BMP avec un complément d'engrais N minéral est la solution à privilégier dans une perspective d'agriculture durable. / The Quebec's forest industry generates large amounts of residues which can be used in agriculture as amendments or sources of fertilizer elements to help restore soil fertility. However, the application of these products on agricultural lands can raise concerns about the accumulation of metals in soils and crops and few studies have evaluated their long-term effects. An experiment was carried out between 2000 and 2008 on loamy soil located in Yamachiche, QC to measure the long-term effect of repeated annual applications of combined paper mill biosolids (PB) when applied alone or in mixtures with alkaline residuals (AR) on soil pH and labile forms of metals including Cu, Zn, Ni, Mo and Cd in soil and plants after six and nine years [soybean (Glycine max (L.) Merr.)] and [corn (Zea mays L.)] cultivation, respectively. This constitutes a comprehensive study using various routine extraction methods as well as a fractionation scheme revealing the accumulation of certain pools of metals occurring after the addition of materials and predicting the transformation of metals between the different forms in the soil and their potential release into the environment. Paper mill biosolids were added annually at rates of 0, 30, 60 or 90 t ha⁻¹ (wet basis) to the surface after sowing. Calcitic lime (CC), lime mud (LM) and wood ash (WA) were each applied at 3 t ha⁻¹ (wet basis) together with 30 t ha⁻¹ of PB. First, the results showed that repeated application of PB + LM produced the largest increases in pH, followed by the PB + CC. These increases in pH helped to decrease the content in labile metals in the soil. However, the repeated application of the high rate of PB (90 t ha⁻¹) also increased the availability index of metals in the soil as well as the uptake of metals by crops. Secondly, it was observed that repeated applications of PB at high rates increased metal concentrations in plants and soil after six and nine years in the order Cd > Mo (soybean) > Zn > Cu. Liming increased soil pH and Mo availability and decreased Zn and Cd availability. Stalks of both crops stored more metals at application rates than grains, but their concentrations were generally well below critical values. However, the Cu/Mo ratio of soybean plants at pH > 6.8 dropped below 2:1 and could pose a risk of inducing Cu metabolism disorder in ruminants. Finally, the fractionation of metals according to Tessier scheme indicated that the addition of PB increased the levels of exchangeable Zn and Cd, Cd linked to carbonates, Zn and Cd linked to Fe-Mn oxides, Cu and Zn bound to organic compounds and Zn and Cd of the residual fraction. However, it decreased the fractions of Cu bound to Fe-Mn oxides in the upper 30 cm layer. With the addition of liming by-products, a shift from exchangeable forms to carbonate-bound forms was observed. Even with a very small increase in metals, PB + AR increased the mobility of soil Zn and Cd after nine years of annual application, and this metal redistribution resulted in higher concentrations in crop grains. These results suggest that the repeated application of PB at a dose greater than 60 t ha⁻¹ (wet basis) can contribute to increasing the levels of metals in labile forms in the topsoil and can thus harm the sustainability of the agroecosystem. Low dose spreading of PB with reduced rate of mineral N fertilizer is the preferred solution from a sustainable agriculture perspective.

Des 3 500 000 tonnes métriques anhydres (TMA) d’écorces produites en 2004 par l’industrie forestière au Québec, 96 000 (soit 2,7% de la masse totale des écorces produites la même année) étaient celles de bouleau blanc. Ces écorces sont en grande partie utilisées dans la production d’énergie alors qu’elles généreraient plus de gains si elles étaient utilisées pour la fabrication de panneaux agglomérés. L’objectif de ce projet de recherche est de mettre sur pied des stratégies permettant d’utiliser efficacement les particules d’écorce de bouleau pour fabriquer différents types de panneaux de masse volumique moyenne qui satisfont les exigences de la norme des panneaux conventionnels. Les essais préliminaires ont laissé entrevoir qu’il était difficile de fabriquer les panneaux de masse volumique moyenne exclusivement à base de ces particules d’écorce, à cause de leur faible taux de cellulose, surtout dans les particules d’écorce externe qui ne fait pas d’elles une matière structurale comme le bois. En outre, la forme granuleuse de la partie interne de cette écorce ne favorise pas l’effet d’entrelacement qui contribue fortement à l’amélioration des propriétés de flexion des panneaux. Également, la forte concentration des subérines dans la partie externe de cette écorce la rend très hydrophobe et sa surface est comme celle du téflon, c'est-à-dire, très difficile à mouiller. Les parties externe et interne de cette écorce ont des propriétés différentes, et pour pallier ces difficultés, la solution idéale consistait à concevoir des panneaux mixtes où ces particules d’écorce seraient renforcées avec les particules, les fibres et les lamelles de bois. Le premier type de panneau mis sur pied est fait d’un mélange de fibres de bois et de particules d’écorce interne de bouleau blanc dans la couche médiane et de fibres de bois dans les couches couvrantes. Le pourcentage de fibres de bois (deux niveaux) et le pourcentage de fibres de bois ajoutées aux particules d’écorce interne de la couche médiane (trois niveaux) constituaient les deux facteurs du dispositif utilisé pour la fabrication de ce type de panneaux. Les panneaux fabriqués ont tous eu des propriétés mécaniques qui rencontraient les exigences de la norme, le panneau avec 25% de fibres de bois dans les couches couvrantes et 9% de fibres de bois ajoutées aux particules d’écorce de la couche médiane ont eu les meilleurs propriétés mécaniques alors que le panneau le plus stable dimensionnellement est celui avec 22% de fibres de bois dans les couches couvrantes et 5% de fibres de bois mélangées aux particules d’écorce de la couche médiane. Quant au second type de panneau, il est constitué de particules d’écorce externe de bouleau blanc dans les couches couvrantes et respectivement de particules et de fibres de bois dans la couche médiane. Les deux facteurs intervenant dans sa fabrication sont le type de matériel dans la couche médiane (particules de bois versus fibres de bois) et le pourcentage de particules d’écorce dans les couches couvrantes. La méthode d’analyse statistique utilisée a permis de sélectionner le panneau avec 45% de particules d’écorce externe de bouleau dans les couches couvrantes et les particules de bois dans la couche médiane comme le meilleur du groupe, surtout en se basant sur le critère de la stabilité dimensionnelle mesurée par la dilatation linéaire. Le troisième type de panneau est un panneau sous-plancher de 8 mm d’épaisseur et densifié à 800 kg/m3. Il est constitué de particules d’écorce externe de bouleau dans les couches couvrantes et de particules de bois dans la couche médiane. Les deux facteurs utilisés pour sa conception sont : le pourcentage de la résine phénol-formaldéhyde (PF) utilisée pour encoller les particules d’écorce des couches couvrantes (trois niveaux de pourcentage) et le traitement des particules d’écorce utilisées (écorce non traitée à la soude versus écorce traitée à la soude). Les particules d’écorce sont traitées afin de mettre en évidence leur impact sur les propriétés des panneaux produits. Le traitement à la soude a diminué les propriétés des panneaux produits en affaiblissant les structures de l’écorce externe de bouleau. Le meilleur panneau du groupe est celui dont les particules d’écorce externe de bouleau non traitées à la soude sont encollées avec le plus bas pourcentage de résine PF. Le dernier type de panneau concerne un panneau mixte avec les particules d’écorce externe de bouleau blanc au centre et les lamelles de bois dans les couches couvrantes. Deux facteurs sont utilisés dans sa mise en place : l’orientation des lamelles dans les couches couvrantes (orientées versus non orientées) et le type de matériel dans la couche médiane (écorce non traitée à la soude, écorce non traitée à la soude plus 10% de fibres de bois, écorce traitée à la soude). Le traitement à la soude n’a pas produit les effets escomptés (amélioration des propriétés mécaniques). L’analyse statistique utilisée dans un plan factoriel en blocs complets a permis de déterminer le meilleur panneau comme étant celui avec les particules d’écorce non traitées à la soude et sans ajout de fibres de bois. La méthode mise sur pied pour les fabrications des quatre types de panneaux mixtes susmentionnés permet de valoriser plus de 50% (par rapport à la masse anhydre totale des particules utilisées pour fabriquer le panneau) de particules d’écorce de bouleau blanc par panneau fabriqué, ce qui conforte l’idée d’employer de façon judicieuse cette écorce comme source alternative d’approvisionnement en matière première pour les usines de panneaux. / In the year 2004 alone, 96 000 dry metric tons (DMT) of white birch bark were produced by forest industries in Quebec. This constituted approximately 2.7% of total bark production for the region. These barks which are mostly used for energy production would have generated more benefits had they been used for agglomerated panels manufacture. The objective of this research project was to set up strategies which will make possible to effectively use bark particles of white birch, for the manufacture of various types of medium density panels that meet the standard requirements of particleboards. The preliminary tests revealed that, it was difficult to manufacture medium density panels based on bark particles exclusively, due to the following disadvantages. (1): their low cellulose content, especially on the outer bark particles, does not make them a structural material like wood; (2): the granular form of the inner bark does not contribute to the interlacing effects, which strongly contribute to the improvement of panels bending properties; (3): the high concentration of suberins on the outer bark makes it very hydrophobic with a surface similar to teflon which is very difficult to wet; and (4): the outer and inner parts barks have different properties. In the face of such difficulties, the ideal solution consisted in designing mixed panels where these bark particles will be reinforced with wood particles, wood fibres and wood strands. The first panel type was set up - a mixed panel with wood fibres in the surface layers, and a mixture of wood fibres and inner bark particles of white birch in the core layer. The percentage of wood fibres (two levels) and the percentage of wood fibres added to the inner bark particles in the core layer (three levels) were the two panels manufacturing factors. All manufactured panels fulfilled the standard requirements for all mechanical properties. Panel with 25% wood fibres in the surface layers and 9% wood fibres mixed with bark particles in the core layer had the best mechanical properties, while panel with 22% wood fibres in the surface layers and 5% wood fibres mixed with bark particles in the core layer was the most dimensionally stable. The second panel type is composed of outer bark particles of white birch in the surface layers and wood material in the core layer. The two manufacturing factors were: the type of wood material in the core layer (wood particles versus wood fibres) and the percentage of outer bark particles in the surface layers. The statistical analysis method used made possible to select the panel with 45% outer bark particles of white birch in the surface layers and wood particles in the core layer as the best, especially by taking into account the dimensional stability criterion based on linear expansion measurement. The third panel type was a sub-flooring panel with a thickness of 8 mm and a density of 800 kg/m3. It was composed of outer bark particles in the surface layers and wood particles in the core layer. The two factors used for its experimental design were: the percentage of phenol-formaldehyde resin (PF) used to bond bark particles of surface layers (three levels of percentage) and the treatment of bark particles used (untreated bark versus bark treated with soda). The bark particles were treated in order to highlight their impact on the properties of manufactured panels. The alkali treatment lowered the properties of manufactured panels because soda treatment weakened the structures of outer bark particles of white birch used. The best panel was that with untreated outer bark particles of white birch, bonded with the lowest percentage of PF (5%). The last panel type was a mixed panel with outer bark particles of white birch in the core layer and wood strands in the surface layers. Two factors were used in its setting-up: the orientation of strands in the surface layers (oriented versus not non oriented) and the type of material in core layer (untreated bark particles, a mix of untreated bark particle and 10% wood fibres, bark particle treated with soda). The alkali treatment did not produce the expected effects (improvement of panels’ mechanical properties). The statistical analysis used in a factorial design in complete blocks made possible to choose the panel with untreated outer bark particles without wood fibres addition as the best. The method used to manufacture the above-mentioned mixed panels permitted to add higher proportion of white birch bark particles in each manufactured panel. The result of the present research project demonstrates that, bark particles of white birch, could be an alternative source of raw material supply for wood-based composite mills.

Les changements de couleur du bois au cours du séchage constituent un problème majeur pour l'industrie du bois. Les pertes financières occasionnées par ces changements de coloration sont très importantes. Les extractibles et les composants structuraux tels que les hémicelluloses et/ou la lignine participent au processus de coloration du bois lors du séchage. Il est important d'étudier les changements chimiques et anatomiques du bois en utilisant des méthodes appropriées. L'objectif de cette étude est d'étudier les changements en termes quantitatifs (teneur) et qualitatifs (distribution) de la lignine du bois de bouleau à papier (Betula papyrifera) et d'érable à sucre (Acer saccharum) au cours du séchage. L'hypothèse de travail est que le processus de séchage peut intervenir au niveau du développement des structures chromophores de la lignine, responsables du changement de coloration du bois. Pour cette étude, trente planches de 30 x 100 x 600 mm par espèce ont été séchées avec un programme conventionnel à moyenne température dans un séchoir de laboratoire. Des échantillons ont été prélevés à l'état vert, sec et à des humidités comprises entre 10 et 20%, 20 et 30% et entre 30 et 40%. Ces planches ont été soumises à des analyses chimiques, topo-chimiques et anatomiques afin d'en déterminer la teneur en lignine et la distribution de la lignine. La teneur en lignine a été déterminée comme lignine totale : lignine acide insoluble par la méthode de la lignine Klason modifiée plus la lignine acide-soluble et ces résultats ont été comparés aux résultats obtenus par la méthode spectrophotométrique avec le bromure d'acétyle. L'analyse topo-chimique a consisté à caractériser la lignine in situ et à déterminer semi-quantitativement les diverses couches des parois cellulaires du bois. L'analyse anatomique a consisté à analyser les parois lignifiées et mesurer le nombre de pixels par groupe de couleurs. Cette étude a permis de vérifier s'il existe une différence quantitative et qualitative de la lignine au cours du séchage du bois en fonction de la teneur en humidité, ainsi que de connaître l'influence du séchage sur la structure du bois. Les résultats de cette étude ont confirmé que le changement de couleur du bois de bouleau à papier et du bois d'érable à sucre au cours du séchage conventionnel n'est pas lié à la lignine mais qu'ils pourraient être liés essentiellement aux substances phénoliques du bois en présence d'oxygène et d'eau

L’objectif de ce travail consiste à recycler les boues secondaires (BS) et explorer leur potentiel comme co-adhésif de l’urée-formaldéhyde (UF) dans la fabrication des panneaux de particules. Nous avons posé l’hypothèse qu’il est possible de valoriser les BS comme co-adhésifs pour la fabrication de panneaux de particules. Deux approches ont été adoptées: La première consiste à évaluer les possibilités de modification de l’UF par l’ajout des BS pour synthétiser un nouvel adhésif. Les résultats ont montré que le temps de polymérisation de la résine est très court et nous avons conclu que cette approche n’est pas applicable à l’échelle industrielle. Bien que la première approche ait été rejetée, des conclusions peuvent en être tirées. Premièrement, les caractéristiques des BS varient avec le procédé papetier, l’usine d’origine et le temps d’échantillonnage. Deuxièmement, les thermogrammes d’analyses par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) montrent que l’influence de la BS sur la cuisson de l’UF est importante. Troisièmement, les analyses de résonance magnétique nucléaire (RMN) montrent qu’il existe un rapport optimal entre la BS du procédé chimico-thermoméchanique provenant de Bowater (PCTM (B)) et l’UF. La deuxième approche consiste à introduire in-situ les BS dans les panneaux à différentes proportions. Cette approche est techniquement faisable et a été testée avec différents types de BS (PCTM, thermo-mécanique (PTM) et kraft). Un dispositif expérimental a été mis en place pour évaluer le potentiel des BS comme co-adhésifs. Les facteurs de variation choisis sont la teneur en UF (3 niveaux), la source des BS (3 sources) et la proportion des BS (3 proportions). Il existe un ratio optimal de BS/UF selon les valeurs des cohésions internes (CI) des panneaux d’essais préliminaires. L’ajout de BS dans les panneaux ne nuit pas à la CI et peut même en entrainer une amélioration dans certains cas. La plupart des propriétés mécaniques ne sont pas influencées négativement par l’ajout des BS. Par contre, la stabilité dimensionnelle en est affectée négativement. Le principal avantage de l’utilisation des BS est qu’elles permettent de minimiser l’empreinte écologique du procédé de fabrication tout en provoquant une diminution des émissions de formaldéhyde (EF) des panneaux. / The objective of this work is to recycle secondary sludge (SS) and explore its potential as co-adhesive for Urea-formaldehyde (UF) adhesives used in particleboard manufacturing. We hypothesized that it is possible to use the SS as co-adhesive for the manufacture of composite panels made of wood particles. First, we modified UF resin by the addition of SS to synthesize a new co-adhesive. The results of the first approach showed that the curing time of the resin is very short and it was concluded that this approach is not applicable on an industrial scale. Although the first approach is rejected, some conclusions can be drawn: 1) The characteristics of the SS vary with the papermaking process, the plant and the sampling time. 2) Dynamic scanning calorimetry (DSC) thermograms show that the influence of SS on UF cure is noticeable. 3) Nuclear magnetic resonance (NMR) showed that there is an optimal ratio between the chemi-thermo-mechanical pulping CTMP (B) SS and UF. The second approach is to add SS in-situ in the process of panel making in different proportions. This approach is technically feasible and has been tested with SS from the three different sources (TMP, CTMP and Kraft). Preliminary trials were done. Then, a final experimental dispositive was set up to evaluate the potential of SS from these different processes as co-adhesives. Factors are the UF resin content (3 levels), the SS source (3 sources) and the proportion of SS (3 proportions). There was an optimal ratio of SS/UF according to the values of internal bond (IB) of particleboards from the preliminary trials. SS cannot be used as an adhesive alone for particleboards. In general, results of this study indicated that the use of SS from three different pulping processes as co-adhesive have several advantages including the possibility of manufacturing particleboards at reduced urea formaldehyde (UF) resin content and wood particles content, value-added utilization of pulp and paper sludge and, especially, reduction in formaldehyde emissions. The reduction of formaldehyde emission with the recycling of SS as co-adhesive has the most significant environmental benefit.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'intégration des décisions liées à la chaîne d'approvisionnement présente des avantages considérables et constitue une forte motivation pour harmoniser et aligner les différentes fonctions au sein de la chaîne d'approvisionnement, ce qui permet d'améliorer la compétitivité et de bénéficier d'avantages économiques. Parmi ces fonctions, la coordination de la planification de la production et de la gestion des stocks revêt une importance primordiale pour permettre aux entreprises de gérer efficacement leur système de production et de stockage, de répondre aux demandes des clients et de se positionner avantageusement sur le marché. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse est de développer des modèles de prise de décision qui facilitent la coordination des activités de production, de stockage et de distribution, dans des contextes déterministes et stochastiques, et ce, dans un cadre pratique. La première phase de ce projet doctoral repose sur une revue de littérature approfondie, axée sur l'examen des mécanismes et des méthodologies développés dans la littérature existante dans le domaine de la gestion de la production et des stocks. L'objectif est d'identifier et d'analyser les stratégies utilisées pour coordonner les décisions et les opérations liées à la production et aux stocks, afin d'améliorer les performances du système de production et de stockage. Grâce à cette revue de littérature, les articles ont été soigneusement évalués afin de tirer des enseignements précieux sur les domaines spécifiques des problèmes abordés et les méthodologies mises en œuvre. Cette enquête systématique constitue la base fondamentale pour les étapes suivantes, au cours desquelles des modèles de prise de décision sont développés, en s'appuyant sur les connaissances acquises lors de la revue de littérature. La deuxième phase de cette thèse a consisté au développement d'un modèle de programmation linéaire en nombres entiers mixtes, associé à une approche de planification à horizon glissant. L'objectif était de déterminer les stratégies de production et de stockage appropriées, notamment la production sur stock (MTS), la production sur commande (MTO) et la stratégie de réapprovisionnement continu (VMI), puis de coordonner les opérations de production, de stockage et de distribution afin d'optimiser la rentabilité du système. Une étude de cas réelle issue de l'industrie canadienne des pâtes et papier a été utilisée, fournissant des informations pratiques sur l'impact des différents paramètres du problème sur la prise de décision tactique et opérationnelle. Ces résultats offrent des considérations précieuses pour une mise en œuvre dans des contextes industriels similaires. Dans la dernière étape de cette thèse, un modèle de programmation non linéaire en nombres entiers mixtes, à deux étapes et stochastique, a été développé, dans le but d'aborder la coordination des prix de vente et des politiques de production et de stockage sélectionnées afin de répondre aux demandes des clients, en tenant compte de la nature incertaine et sensible aux prix de la demande. La première étape du modèle consiste à prendre des décisions concernant la sélection des stratégies de production et de stockage, ainsi que la tarification, dans le but de maximiser le profit attendu. La deuxième étape englobe les décisions liées à la production, au stockage et à la distribution, qui sont utilisées pour évaluer les décisions de la première étape dans différents scénarios avec différents niveaux de précision. De plus, un algorithme basé sur le recuit simulé a été proposé comme moyen de résoudre le modèle. Dans l'ensemble, les modèles de prise de décision et les approches présentés dans cette thèse sont innovants et applicables aux environnements de production multi-produits qui servent des clients diversifiés avec différentes stratégies de production et de stockage. Ces modèles offrent des solutions pratiques pouvant être mises en œuvre dans des contextes réels pour améliorer l'efficacité opérationnelle et bien répondre aux demandes des clients. / The integration of supply chain decisions presents significant advantages and serves as astrong motivation to harmonize and align various functions within the supply chain, leading to improved competitiveness and economic benefits. Among these functions, the coordination of production and inventory planning holds utmost importance in enabling companies to efficiently manage their production and inventory systems, meet customers' demand, and gain a competitive advantage. Therefore, the primary objective of this thesis is to develop decision-making models that facilitate the coordination of production, inventory, and distribution activities, in both deterministic and stochastic settings within a practical context. The initial phase of this doctoral project involves a comprehensive literature review that focuses on examining the mechanisms and methodologies developed within the existing literature in the field of production-inventory management. The aim is to identify and analyze the strategies employed to coordinate production-inventory decisions and operations, ultimately enhancing the performance of the production-inventory system. Through this literature review, the articles were carefully evaluated to extract valuable insights regarding the specific problem domains addressed and the methodologies implemented. This systematic investigation serves as the fundamental groundwork for the subsequent steps, where decision-making models are developed based on the knowledge gained from the literature review. The second phase of this thesis involves the development of a mixed integer linear programming model, coupled with a rolling horizon planning approach. The objective is to determine appropriate production-inventory strategies, including make-to-stock (MTS), make-to-order (MTO), and vendor-managed-inventory (VMI), and subsequently coordinate production, inventory, and distribution operations to optimize system profitability. A real-case study from the Canadian pulp and paper industry is utilized, providing practical insights into the impact of different problem parameters on tactical and operational decision-making. These findings offer valuable considerations for practical implementation in similar industry settings. In the final stage of this thesis, a two-stage stochastic mixed integer nonlinear programming model is developed to address the coordination of sales price and selected production-inventory policies in meeting customers' demands, taking into account the uncertain and price-sensitive nature of demand. The first stage of the model involves making decisions pertaining to the selection of production-inventory strategies and pricing, with the objective of maximizing expected profit. The second stage encompasses decisions related to production, inventory, and distribution, which are utilized to evaluate the first-stage decisions across various scenarios with different levels of accuracy. Additionally, a simulated annealing-based algorithm is proposed to solve the model. Overall, the decision-making models and approaches presented in this doctoral project are innovative and applicable to multi-product production environments that serve diverse customers with different production-inventory strategies. These models offer practical solutions that can be implemented in real-world settings to improve operational efficiency and meet customer demands effectively.