La planification des approvisionnements représente un grand un défi pour l’industrie forestière, surtout dans le contexte où la forêt naturelle est caractérisée par une grande hétérogénéité de la matière première servant à générer différents produits. Ainsi, l’élaboration de plans pour répondre à la demande des usines devient un problème complexe pour les planificateurs forestiers. La planification automatisée faisant usage d’outils d’optimisation permet de tenir compte de plusieurs facteurs importants pour la planification. Dans la littérature, plusieurs modèles théoriques ont été proposés, mais il semble que très peu de ces modèles soient actuellement utilisés par les entreprises. On suppose que la complexité du problème, l’environnement naturel en constante évolution, de même que l’expertise nécessaire pour utiliser ces modèles limitent leur application dans un contexte industriel. Néanmoins, la mise en œuvre de ces outils pourrait améliorer significativement le bénéfice des entreprises forestières. Les objectifs de l’étude sont (i) évaluer le potentiel d'implantation de l'optimisation mathématique en entreprise, notamment en identifiant les ressources supplémentaires nécessaires à l’adoption d’une telle approche (ii) estimer les bénéfices et avantages d'utiliser l'optimisation mathématique pour soutenir les décisions de planification dans un contexte industriel (iii) analyser l’effet d’une variation dans les informations utilisées pour la confection des plans. Le logiciel d’optimisation LogiLab, développé par le consortium de recherche FORAC, a été utilisé en support à cette étude. L’outil permet de maximiser le profit généré dans la chaîne d’approvisionnement grâce à une allocation optimale de la matière première vers les usines du réseau. Le modèle considère simultanément la récolte, le transport, l’hétérogénéité de la forêt et la performance des usines. Dans ce projet, nous avons adapté LogiLab pour permettre son application dans une étude de cas visant une entreprise de produits forestiers canadienne. Nous avons ensuite analysé les bénéfices générés et évalué le potentiel de mise en œuvre. Pour réaliser le deuxième objectif, nous avons étudié la méthode de planification actuelle de l’entreprise partenaire, pour ensuite la comparer à l’approche d’optimisation utilisée pour générer le plan optimal. Finalement, nous avons ajusté les données d’inventaires de départ en utilisant des données réelles provenant du mesurage pour tester l’effet de la variabilité des informations utilisées dans le développement des plans. L’approche de planification optimisée a permis de générer un bénéfice net plus élevé que la méthode de planification actuelle en entreprise. Cette différence est en partie due à une allocation plus efficace de la matière première aux usines. En ce qui concerne le deuxième objectif, plusieurs avantages ont été identifiés, notamment la réduction du temps nécessaire pour produire un plan. En outre, même si le coût de la mise en œuvre est élevé, ces dépenses supplémentaires sont récupérées en moins de deux ans dus à l’économie de temps associée à la réalisation de la planification. De plus, les gains générés suite à l’utilisation des plans optimisés dépassent largement les coûts initiaux liés à la mise en place du système. / Supply planning is a significant challenge for the forest industry, particularly in natural forests characterized by great heterogeneity. Such forests produce raw material suitable for different final products. Thus, developing plans to match supply with demand becomes a complex problem for forest planners. The automatization of the planning approach using an optimization tool allows many important factors to be taken into consideration during planning. In the literature, several theoretical models have been proposed, but it appears that very few of these are currently used by companies. It is assumed that the complexity of the problem, the ever changing nature of the planning environment, and the expertise required to use these models limit their application in industrial context. Nevertheless, the implementation of such tools could bring significant improvements in profits for the forest companies. The aims of the study are threefold : (i) to evaluate the potential for the implementation of mathematical optimization in companies, in particular by identifying the additional resources needed to adopt such an approach, (ii) to estimate the potential gains associated with utilization of optimization model in formulating wood procurement planning in an industrial case, and (iii) to analyze the effect of variation in the information used could have on the plans. An optimization software (LogiLab) developed by the FORAC research consortium was used. The tool allows to maximize the profit generated on the entire supply chain through optimal allocation of raw materials to mills in the network. The model simultaneously considers both harvesting and transportation cost, the heterogeneity of the forest and mill performances. The planning done now in companies visually focuses on lower transportation distance. We adapted LogiLab to a case study involving a Canadian forest products company, to analyze the generated profits, and assess its potential for implementation. To realize the second objective, we studied the planning method of our Partner Company and compared it to the optimization approach that we used for generating the optimal plan. Finally, we adjusted the baseline inventory data using actual data from the measurement to test the effect of the variability of the information used in developing the plans. A higher net profit was generated when using our planning approach in comparison to the plan prepared by the company. This difference is due, in part, to a more efficient allocation of raw materials to the mills. With regards to the second objective, we found several advantages such as a reduction in the time needed to produce a plan. Moreover, even if the cost of implementation is high they are recovered in less than two years by savings in planning time. The gains generated following the optimized plans exceed by several orders of magnitude the initial costs of the system to be set up.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Le rôle des forêts dans la réalisation des réductions d'émissions de gaz à effet de serre (GES) prévues à l'échelle planétaire pourrait être substantiel. Comprendre le rôle du secteur forestier va devenir d'autant plus important que la demande en bois risque d'être toujours plus soutenue dans le futur. Il existe cependant un grand degré d'incertitude quant à la stratégie sectorielle à mettre en œuvre pour maximiser les réductions de GES : faut-il chercher à maximiser la production de bois (c'est-à-dire à augmenter les niveaux de récolte) ou gérer les écosystèmes sous un régime de protection (c'est-à-dire diminuer les niveaux de récolte) ? L'incertitude augmente en raison des impacts potentiels des changements climatiques sur la capacité des écosystèmes à stocker du carbone et à répondre aux besoins en bois des marchés. Les actions d'atténuation du secteur forestier ne se limitent cependant pas aux forêts. Il est aussi nécessaire de considérer les émissions de GES issues de la décomposition des produits du bois et l'utilisation de ces produits en remplacement de matériaux et sources d'énergie à plus forte empreinte carbone. Une sélection non exhaustive ne peut conduire qu'à des conclusions partielles qui pourraient s'avérer contreproductives dans la lutte contre les changements climatiques. L'objectif de cette thèse est donc d'évaluer le potentiel d'atténuation du secteur forestier québécois, en identifiant les obstacles à éviter et les opportunités à saisir, afin de développer une stratégie sectorielle efficace dans la lutte contre les changements climatiques. Les résultats de cette thèse suggèrent que, de l'échelle du peuplement à l'échelle de la province, les stratégies d'aménagement basées sur l'augmentation du volume de bois récolté n'apportent généralement pas de bénéfices climatiques, contrairement à celles qui visent à réduire le volume récolté par rapport à la stratégie de référence. La perte de carbone dans les écosystèmes forestiers, due à une augmentation des superficies récoltées, couplée à une augmentation des émissions de GES des produits n'est pas compensée par des effets de substitution trop faibles et incertains. Ces conclusions s'appliquent autant à moyen (2050) qu'à long terme (2100), et avec ou sans prise en compte de l'impact des changements climatiques sur les écosystèmes forestiers. Cette conclusion est d'ailleurs exacerbée lorsque les analyses ne sont plus faites en dioxyde de carbone équivalent, mais selon le forçage radiatif des émissions, donc avec une meilleure prise en compte de la temporalité des émissions de GES et de leur pouvoir réchauffant. Cependant, ces travaux démontrent aussi que les deux grands types de stratégies d'aménagement forestier peuvent coexister pour maximiser le potentiel d'atténuation du secteur forestier provincial. Tout d'abord, car certains peuplements forestiers pourraient bénéficier des perturbations pour redynamiser leur productivité. La nécessité de considérer les caractéristiques initiales des peuplements et l'impact d'une perturbation sur leurs dynamiques est donc primordiale. D'autre part, l'augmentation du volume de bois récolté pourrait apporter un bénéfice climatique si une meilleure substitution moyenne pouvait être atteinte et/ou une meilleure gestion des émissions, notamment de méthane, engendrées par la fin de vie des produits du bois était mise en place. Ces effets permettraient donc une coexistence des deux grands types d'aménagement par rapport à la stratégie de référence. Une stratégie de réduction de la récolte n'est pas exempte de toute incertitude. C'est un risque de saturation de la séquestration des écosystèmes, mais aussi un risque pour des stocks de carbone sensibles à l'augmentation des perturbations naturelles. De plus, les risques de fuite sont importants. Le bois non récolté sera selon toute vraisemblance compensé par une récolte accrue dans d'autres juridictions pour satisfaire la demande en ressource biosourcée. Il apparait donc que ni une stratégie basée seulement sur la réduction et encore moins sur l'augmentation du volume de bois récolté ne soit une solution idéale. Il est nécessaire de déployer les actions d'atténuation avec un potentiel de réalisation important et qui ne seront dans aucun cas contreproductives dans le futur ; comme le boisement des territoires anthropisés, une gestion améliorée des émissions de fin de vie ou encore un soutien à l'innovation des produits du bois afin d'en augmenter la proportion qui possède une plus longue durée de vie. Dans le même temps, il faut développer les fondements opérationnels d'une optimisation des niveaux de récolte selon les caractéristiques des écosystèmes forestiers. Ce sont des étapes nécessaires pour permettre une prise de décision éclairée et le développement d'une stratégie sectorielle efficace. / The role of forests in achieving global greenhouse gas (GHG) emissions reductions could be substantial. Understanding the role of the forestry sector will become increasingly important as the demand for wood is likely to continue to grow in the future. However, there is a high degree of uncertainty regarding the strategy to implement in order to maximize GHG reductions in the forest sector: should we seek to maximize wood production (i.e., increase harvesting levels) or leave ecosystems unmanaged (i.e., decrease harvesting levels)? Furthermore, the potential effects of climate change on the ability of ecosystems to store carbon and meet the wood demands of markets are causing a rise in uncertainty. Mitigation actions in the forestry sector, however, are not limited to forests. It is also necessary to consider GHG emissions from the decomposition of wood products and the use of these products as replacements for materials and energy sources with a higher carbon footprint. A non-exhaustive selection can only lead to partial conclusions that could prove counterproductive in the fight against climate change. The objective of this thesis is to evaluate the mitigation potential of the Quebec forestry sector by identifying the obstacles to avoid and the opportunities to seize in order to develop an effective strategy in the fight against climate change. The results suggest that, from the forest stand to the provincial scale, management strategies based on increasing the volume of harvested wood generally do not provide climate benefits, unlike those aimed at reducing the volume harvested compared to the reference strategy. The loss of carbon in forest ecosystems due to an increase in harvested areas, coupled with an increase in greenhouse gas emissions from wood products, is not offset by substitution effects that are too low and uncertain. These conclusions apply to both the medium term (2050) and the long term (2100), with or without consideration of the impact of climate change on forest ecosystems. These findings are exacerbated when analyses are conducted using radiative forcing of emissions, rather than just carbon dioxide equivalent, as this approach better accounts for the temporality and warming potential of greenhouse gas emissions. However, these findings also demonstrate that both types of forest management strategies can coexist to maximize the potential for carbon mitigation in the provincial forest sector. Firstly, some forest stands may benefit from disturbances that can reinvigorate their productivity. Therefore, it is crucial to consider the initial characteristics of forest stands and the impact of disturbances on their dynamics. Secondly, increasing the volume of harvested wood could provide a climate benefit if better average substitution and/or management of emissions, particularly methane emissions from wood product end-of-life, were implemented. These effects would allow the coexistence of both types of management strategies compared to the reference strategy. A strategy of reducing harvest is not without uncertainty. There is a risk of saturation of ecosystem carbon sequestration in the long term, as well as a risk to carbon stocks that are sensitive to increased natural disturbances. In addition, the risks of leakage are significant. Unharvested wood will likely be compensated by increased harvesting in other jurisdictions to meet the demand for bio-resources. Therefore, neither a strategy based only on reduction nor one based only on increasing the volume of harvested wood is an ideal solution. It is necessary to deploy mitigation actions with a high potential for implementation that will not be counter productive in the future, such as afforestation of anthropized territories, improved management of end-of-life emissions, or support for innovation in wood products. At the same time, it is necessary to develop the operational foundations for optimizing harvesting levels according to the characteristics of forest ecosystems. These are necessary steps to enable informed decision-making and the development of an effective provincial forest sector strategy.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'approvisionnement des usines auprès des terres privées du Québec demeure nettement inférieur au potentiel évalué. Des enquêtes ont identifié des facteurs sociodémographiques liés à l'engagement des propriétaires fonciers envers l'aménagement forestier et la récolte du bois. Cependant, les connaissances actuelles ne permettent pas de comprendre clairement l'impact sur cet engagement du contexte biophysique dans lequel se trouve un boisé. Dans ce mémoire, nous utilisons des données de balayage laser aéroporté pour cartographier dans un premier temps les zones récemment soumises à une intervention sylvicole à une échelle régionale dans le sud du Québec, au Canada. En appliquant des modèles de classification par forêt aléatoire calibrés à partir d'interventions sylvicoles connues, une cartographie a été produite à une échelle de 30 m x 30 m. Dans un second temps, nous avons évalué les relations entre la probabilité qu'un boisé ait fait l'objet d'une intervention sylvicole au cours des dix dernières années et le contexte biophysique dans lequel se situe la propriété. Les données reliées au contexte biophysique ont été acquises à partir de la cartographie régionale et des données géospatiales. Les résultats montrent que les interventions sylvicoles sont plus probables lorsque la superficie du lot augmente, que la distance à l'usine ou à la route principale est réduite et que la proportion forestière du lot diminue. Les zones identifiées comme aménagées ont également tendance à être agglomérées à des altitudes plus élevées, sur terrain plat et dominé par un couvert résineux moins dense. Nos résultats suggèrent qu'une connaissance plus fine du contexte biophysique permet de mieux comprendre la dynamique spatiale des forêts privées québécoises. Cela offre à l'aménagiste des nouveaux outils d'aide à la décision ayant un potentiel d'améliorer la gestion de la ressource forestière privée soutenant ainsi la chaîne d'approvisionnement en bois à l'échelle locale et régionale. / Mill supplies within Quebec's private lands remains significantly below the production potential of these forests. Surveys have identified sociodemographic factors related to landowner's commitment to forest management and timber harvesting. However, current knowledge does not provide a clear understanding of the impact on this commitment of the biophysical context in which a woodlot is located. In this paper, we use airborne laser scanning data to first map areas recently subject to silvicultural interventions at a regional scale in the Eastern Townships of Quebec, Canada. By applying Random Forest classification models calibrated from known silvicultural interventions, a mapping was produced at 30 m x 30 m scale. Second, we assessed the relationships between the likelihood of a woodlot having received silvicultural intervention in the last ten years and the biophysical context in which the property is located. Data related to the biophysical context were acquired through regional mapping and geospatial data. The results show that silvicultural interventions are more likely as the size of the lot increased, the distance to the nearest mill or main road decreases, and the forest proportion on the lot decreases. The identified managed areas also tend to be clustered at higher altitudes, on flat terrain, and dominated by parse coniferous cover. Our results suggest that a more detailed understanding of the biophysical context allows for a better comprehension of the spatial dynamics of Quebec's private forests. This provides forest managers with new decision support tools that have the potential to improve the management of private forest resources, thereby supporting the wood supply chain at both local and regional scales.

La planification de l’approvisionnement forestier est une tâche complexe nécessitant la prise en compte de plusieurs facteurs qui opèrent dans un contexte instable. Au cours des dernières années, des modèles mathématiques ont été développés pour supporter les entreprises forestières dans leur processus de planification de l’approvisionnement. Néanmoins, le nouveau régime de gestion de la ressource établi par le gouvernement implique maintenant un marché libre de bois, ce qui engendre une nouvelle source d’incertitude. Les modèles d’approvisionnement forestier développés deviennent ainsi incomplets. L’objectif de cette recherche est donc de guider les industriels forestiers dans la planification de leur approvisionnement tout en leur offrant une approche de mise optimale dans le cadre d’enchères scellées au premier prix. Pour ce faire, nous avons exploré différentes stratégies d’approvisionnement regroupant un modèle de base avec approvisionnement via le bois garanti et les enchères, un autre incluant l’achat sur terres privées et un dernier prenant en considération la collaboration entre des partenaires industriels pour la mise aux enchères. Les modèles de planification des opérations forestières élaborés cherchent à maximiser le profit d’une compagnie forestière, tout en sélectionnant la combinaison optimale de secteurs forestiers sur lesquels miser dans les ventes aux enchères. Les résultats pour le cas étudié montrent qu’une compagnie qui applique l’approche de mise optimale proposée obtient une moyenne de gain plus élevée que les autres soumissionnaires qui n’appliquent pas une telle approche. De plus, lorsque la compagnie forestière intègre dans sa planification l’approvisionnement via des forêts privées, elle peut obtenir un profit plus élevé (augmentation de 5% par rapport au modèle de base). La collaboration s’avère la stratégie d’approvisionnement qui offre le profit le plus élevé pour la compagnie tout en permettant une utilisation plus efficace de la ressource forestière.

Au cours des dernières décennies, la compétition a pris une orientation mondiale où développement de produits et innovation continue sont devenus monnaie courante. Devant cette situation, peu d’entreprises seules peuvent parvenir à satisfaire entièrement les besoins du marché. La collaboration avec un ou plusieurs partenaires est donc devenue un moyen privilégié par les organisations pour mettre en commun leur savoir-faire et leurs connaissances clés, spécialement pour des processus complexes tel que le développement de produits. L’objectif de ce mémoire concerne tout d’abord l’étude de la collaboration en développement de produits, de façon à connaître les motivations qui poussent les entreprises à l’adopter et les profits qui peuvent en être tirés. Le mémoire vise d’autre part à étudier la faisabilité d’appliquer cette approche pour le secteur forestier. Pour ce faire, une revue de la littérature sur le sujet a d’abord été réalisée, menant au développement d’un cadre générique de la collaboration en développement de produits. Des visites industrielles ont aussi été effectuées pour adapter le cadre au contexte forestier. Notre étude a révélé que l’approche de collaboration en développement de produits est déjà utilisée d’une manière fructueuse par des entreprises du secteur feuillu québécois. Elle a également permis d’expliciter diverses formes de collaboration impliquant un certain niveau de responsabilités et d’investissement de la part des partenaires.

Les difficultés vécus par l'industrie canadienne des produits forestiers dans la dernière décennie l’ont amené vers une transformation importante. L'innovation dans les produits et les processus est encore nécessaire afin de maximiser la valeur économique des ressources forestières. Cette thèse se concentre sur le les systèmes d'approvisionnement en bois de l’industrie forestière qui est responsable de la récolte et de la livraison des matières premières de la forêt vers les usines. Les entreprises les plus compétitives sont celles qui peuvent fournir les bons produits aux bons clients au bon moment. L'agilité du système d'approvisionnement en bois devient ainsi une des caractéristiques nécessaires à la compétitivité. Les objectifs de la thèse sont d'identifier les possibilités d'améliorer l'agilité du système d'approvisionnement en bois, de quantifier les gains potentiels et de proposer un mécanisme dans le but d’anticiper son impact à long terme. L’agilité est la capacité des systèmes d'approvisionnement en bois à répondre rapidement et efficacement à des fluctuations inattendues de la demande. Premièrement, nous identifions les capacités requises par le système d'approvisionnement en bois qui permettent l'agilité; ensuite, nous examinons la littérature portant sur les systèmes d'approvisionnement en bois pour trouver des signes de ces capacités. Suite à cette étape, une opportunité d'améliorer l'agilité des systèmes d'approvisionnement a été identifiée. Celle-ci implique une plus grande flexibilité dans le choix des traitements sylvicoles au niveau opérationnel afin de mieux aligner l'offre avec la demande. Une expérimentation a été menée en utilisant des données industrielles pour quantifier les avantages potentiels associés à l'approche. Dans les scénarios avec flexibilité permise, des profits significativement plus élevés et des taux plus élevés de satisfaction de la demande ont été observés. Ensuite, un système de simulation-optimisation de la planification hiérarchique a été développé pour étudier l'influence de la flexibilité au niveau opérationnel sur l'approvisionnement en bois à long terme. Le système a été mis en œuvre en utilisant les données hypothétiques d'une forêt du domaine public québécois pour un horizon de 100 ans. Le système développé a permis de mesurer les impacts à courts et à long terme des décisions d'approvisionnement. Il devrait permettre de mieux intégrer les pratiques d’aménagements forestiers avec les besoins de la chaîne d’approvisionnement. / The significant downfall experienced by the Canadian forest products industry in the past decade has catalyzed the industry into a process of transformation. A concerted effort to maximize economic value from forest resources through innovation in both products and processes is currently underway. This thesis focuses on process innovation of wood procurement systems (WPS). WPS includes upstream processes and actors in the forest products supply chain, responsible for procuring and delivering raw materials from forests to manufacturing mills. The competitiveness of the industry depends on the agility of WPS to deliver the right product to the right customer at the right time. The specific aims of the thesis are to identify opportunities to improve wood procurement system agility, quantify the potential improvement in performance and propose a mechanism to anticipate its long-term impact. Agility is the ability to respond promptly and effectively to unexpected short-term fluctuation in demand. We first identify the capabilities a WPS needs to possess in order to enable agility; we then review the literature in the WPS domain to search for evidence of these capabilities. An opportunity to improve agility of WPS was then identified. It entailed providing managers with flexibility in the choice of silvicultural treatments at the operational level to permit better alignment of supply with the prevailing demand. An experiment was conducted using industry data to quantify the potential benefits associated with the approach. In scenarios where flexibility was permitted, significantly higher profits and demand fulfillment rates were observed. Next, a simulation-optimization system for hierarchical forest management planning was developed to examine the influence of operational level silvicultural flexibility on long-term wood supply. The system was implemented to a forest management unit in Québec in a rolling planning horizon basis for a 100 year horizon. The system demonstrated a capability to measure short and long-term impacts of supply decisions. It will prove to be a useful tool to better integrate forest management practices and supply chain needs.

La planification stratégique de l'approvisionnement forestier est une activité complexe permettant à l'entreprise de fournir en matière première ses installations de transformation. Il est reconnu que les modèles mathématique de planification stratégique proposés à ce jour n'intègrent pas l'approvisionnement forestier en tant que variable décisionnelle mais le considèrent plutôt comme une contrainte. Les caractéristiques spatiales et temporelles de l'approvisionnement forestier sont aussi souvent ignorées, de même que la demande des produits sur les marchés et l'incertitude reliée aux activités forestières. Pour faciliter l'intégration éventuelle de ces éléments dans un modèle mathématique, ce mémoire présente une étude de cas sur la chaîne de création de valeur de l'industrie forestière, plus particulièrement au niveau de l'entreprise et de son approvisionnement forestier. L'objectif est de décrire, par un modèle conceptuel, le processus décisionnel stratégique de l'entreprise et les variables reliées, de l'approvisionnement jusqu'aux marchés.

Les usines de bioénergie devraient jouer un rôle important dans la production d'énergie verte à partir de la biomasse forestière. Pour intégrer l'usine de bioénergie dans la chaîne d'approvisionnement forestière, l'industrie a besoin de nouveaux investissements ainsi que de la conception et de la gestion de la chaîne de valeur. D'un autre côté, les incertitudes associées aux nouveaux produits sur le marché peuvent ajouter des risques supplémentaires à un investissement aussi important dans la chaîne d'approvisionnement forestière instable. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse est d'étudier la conception du réseau de bioénergie forestière dans un contexte déterministe et stochastique. La première partie de la thèse propose une plate-forme expérimentale pour intégrer la conception et le pilotage de la chaîne de valeur puisque le nouveau design ne sera réalisable que s'il considère au préalable la planification. La plateforme a inclus plusieurs actions collaboratives entre tous les partenaires impliqués dans la chaîne d'approvisionnement. Cette plateforme est la base d’un nouvel outil éducatif appelé jeu de transport. Ensuite, la plate-forme a été utilisée pour concevoir un réseau optimisé de bioénergie forestière. La chaîne d'approvisionnement forestière de Terre-Neuve, composée de quatre acteurs majeurs de l’industrie forestière, a été considérée comme notre étude de cas. La rentabilité de l'ajout de nouvelles installations de bioénergie ainsi que de nouveaux terminaux dans plusieurs emplacements potentiels ont été évalués. Enfin, à la troisième partie de la thèse, nous repensons le réseau bioénergétique en tenant compte de l'incertitude de la demande et des prix de tous les produits finaux de la nouvelle chaîne de valeur. Plusieurs bioprocédés potentiels avec différentes technologies ont été évalués dans notre étude de cas. Pour fournir une solution tenant compte du risque, nous avons développé deux nouveaux modèles de gestion des risques. Les résultats dans les trois parties ont clairement démontré l'impact de la planification intégrée, des usines de bioénergie et de la collaboration sur l'amélioration de la performance de la chaîne d'approvisionnement forestière. En général, le travail accompli dans ce projet permettra une transformation en douceur de la chaîne d'approvisionnement forestière en tenant compte des risques d'investissement. En ce qui concerne les résultats obtenus grâce aux études de cas, nous croyons que la plateforme et les approches proposées dans cette thèse peuvent être considérées comme des outils novateurs et pratiques pour le problème de la conception des réseaux de bioénergie forestière. / Bioenergy plants are expected to play an important role in green energy production from forestry biomass. To incorporate bioenergy plant in the forest supply chain, the industry requires new investments as well as new value chain design and management. On the other side, the uncertainties associated with demand and price of new products in the market may add risks to such large investment in current forest supply chain. Hence, the main objective of this thesis is to analyze and to propose new design of the forest bioenergy network in both a deterministic and a stochastic context. The first part of the thesis has proposed four optimization models for strategic, tactical and operational planning levels of the supply chain. The models have included several collaborative actions between all involved stakeholders of the supply chain. They have been integrated in a new educational tool called hierarchical transportation game. In the second part of the thesis, we have integrated the developed optimization models to propose an integrated value chain design and value chain management optimization model. This model has been used to analyze a forest bioenergy network in Newfoundland. Newfoundland forest supply chain comprising four major stakeholders was considered as our case study. The profitability of adding a new bioenergy plant as well as new terminals in several potential locations have been evaluated. Finally, in a third part of the thesis we have proposed the bioenergy network taking into account uncertainty on demand and price of all final products of a new value chain. Several potential bioprocesses with different technologies have been evaluated for our case study. To provide a risk-averse solution, we have proposed two risk management models. The results from the three parts of the thesis have demonstrated the impact of integrated planning, bioenergy plants and collaboration on improvement of forest value chain. In general, the work in this thesis can support an efficient transformation of the forest supply chain considering investment risks. The optimization models and approaches proposed in this thesis are novel and practical for the forest bioenergy network design problem.

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La planification tactique des opérations forêt-usines est centrée sur trois éléments principaux : la récolte, le transport et la transformation du bois. La planification de cette chaine d’approvisionnement est très complexe. Il existe déjà des outils pour faciliter la décision de décideur tels que FPInterface et Optitek, tous deux développés par FPInnovations. Cette mémoire vise à développer un module d’optimisation qui est connecté aux utiles de simulation. LogiOpt est constituée d'un modèle mathématique. Le modèle développé vise l’optimisation de la chaîne d’approvisionnement entre la forêt et l’usine en concentrant les efforts sur les activités que l’entreprise planifie conjointement avec son entrepreneur d’opérations forestières principal. Grâce à ces solutions de logiciels de simulation et de notre modèle mathématique, nous combinons à la fois dans notre cadre récolte, le transport, l'allocation des bois et des opérations de production. Pour tester notre model mathématique, nous avons utilisé les données d’une année d’exploitation à une entreprise québécoise œuvrant dans le milieu forestier. Nous avons comparé nos résultats avec un plan tactique manuel « simulé ». De ce fait, nous avons constaté que LogiOpt effectue une meilleure allocation de la matière première en allant récolter dans moins de blocs de récolte tout en utilisant des bois ayant un meilleur rendement en usine. Conséquemment, on produit plus de produits finis en usine tout en utilisant la même quantité de bois qu’un plan tactique plus traditionnel. / Forest and sawmills tactical planning is based on three main elements: wood harvesting, wood transportation and wood transformation. Planning the whole supply chain, is quite complex. Tools have been built to help manager in his decision process, for example FPInterface and Optitek, which were developed by FPInnovations. The aim of this thesis is to develop an optimization module, LogiOpt, which will be integrated to simulation tools. LogiOpt is made of a mathematical model. The developed model aims at optimizing the supply chain between the forest and the mills. Using simulation software solutions and our mathematical model, we combine at the same time in our framework harvesting, transportation, wood allocation and production operations. To test our mathematical model, we used data obtained from one business year of a Quebec based wood manufacturer. We compared our results with a manual simulated tactical plan. In this regard, we observed that LogiOpt performs better in wood allocation between sawmills, harvesting in less harvesting while using wood with better output. We then end up producing more finished products at sawmills using the same wood quantity as a traditional tactical plan.