Effet des coupes partielles sur la qualité du bois

Épinette noire

L’épinette noire, une espèce indigène de l’Amérique du Nord , se classe parmi les conifères les plus importants de la forêt boréale canadienne, en matière de volume et de valeur économique. Elle est principalement abondante dans les forêts de l’ est du continent, soit en Ontario, au Québec et à Terre-Neuve (figure 1.1 b) (Viereck et Johnston, 1990). Cette grande forêt d’épinette noire traverse la province québécoise d’est en ouest, entre le 52e et le 49e parallèle. Elle forme une bande de près de 300 km de largeur et couvre 28% de la superficie de la province (Gagnon et Morin, 1992). D’ après Alteyrac (2005), cette espèce se trouve généralement sur des sols organiques humides et, la plupart du temps, elle constitue un peuplement pur (surtout au nord). Mais on peut la trouver aussi associée à d’autres espèces (plutôt au sud), comme l’épinette blanche (Picea glauca), le sapin baumier (Abies balsamea), le pin gris (Pinus banksiana) et le bouleau blanc (Betula papyrifera). Dans des sites non aménagés, les tiges d’épinette noire sont relativement petites en diamètre. Cependant, dans de bonnes conditions de croissance, elles peuvent atteindre un DHP moyen d’environ 20 cm au maxtmum (Zhang et Koubaa, 2009), ce qui entraîne une très faible récupération du volume de bois d’oeuvre par volume de tige. À titre d’exemple, un peuplement de 80 à 100 ans permet de récolter environ 200m3 de bois par hectare (Alteyrac, 2005). La particularité de cette espèce, pour les jeunes peuplements, est son aptitude à se maintenir et à se régénérer d ‘une façon presque immédiate et sur une courte période à la suite d’un feu (Filion et Morin, 1996; Gagnon et Morin, 1992).

Dans l’industrie forestière, les propriétés physico-mécaniques du bois sont considérées comme des facteurs indicateurs de la qualité du bois (Alteyrac, 2005). Elles présentent un intérêt considérable lors de la classification des produits. Parmi les propriétés physiques, la masse volumique est souvent considérée comme un facteur déterminant de la qualité du bois, étant donné qu’elle permet d ‘en expliquer les nombreuses autres propriétés (Zhang et al., 1997). Pour l’épinette noire, la masse volumique à l’état vert est de 762 kg/m3 (Pnevmaticos et al., 1972) et sa masse volumique basale est de 428 kg/m3 en moyenne (Jessome, 1977). L’épinette noire est considérée comme le moteur de l’industrie forestière au Québec. Sa principale utilisation commerciale au Canada est orientée vers la fabrication de pâtes à papier et de bois d’oeuvre (Zhang et Koubaa 2009). Son usage dans le bois d’oeuvre est attribuable principalement à ses propriétés mécaniques. Elle présente un MOE en flexion statique de 9 500 MPa à l’état vert et de 11 000 MPa à 12% d’humidité, un MOR en flexion statique de 42 MPa à l’état vert et de 74 MPa à 12% d’humidité (Alteyrac, 2005). Par ailleurs, le MOR et le MOE pour cet arbre augmentent de la base au sommet (Zhang et Chauret, 2001 ). Alteyrac (2005) a rapporté une forte corrélation entre le MOE, le MOR et l’angle des microfibrilles (AMF) chez l’épinette noire. Cependant, aucune étude n’a mis en exergue la relation linéaire entre les propriétés mécaniques, la masse volumique et la largeur des cernes, d’où l’importance de combler ce manque.

Relation entre les propriétés mécaniques du bois, les caractéristiques anatomiques et physiques D’abord, le bois peut être décrit comme un matériau anisotrope; ses propriétés peuvent dépendre de trois axes: l’axe longitudinal (L) qui est parallèle à la direction du fil, l’axe radial (R) et l’axe tangentiel (T) qui sont perpendiculaires au fil. Les contraintes en compression ou en traction ne sont pas les mêmes dans les différents plans; également, le module d ‘élasticité n’est pas le même selon que 1 ‘essai a lieu dans le sens des fibres ou non (Alteyrac, 2005). Par exemple, la valeur de la résistance à la compression parallèle au fil du bois clair se situe entre 40 et 60 % de la résistance à la flexion (Ross, 20 1 0). La relation entre les propriétés physiques, anatomiques et mécaniques du bois a longtemps été un sujet important de recherche. La masse volumique est 1 ‘un des principaux facteurs qui influent sur la résistance mécanique du bois; toutefois, on constate que ces deux propriétés sont positivement corrélées, d’une façon presque linéaire (Bowyer et al., 2007). Lorsqu’on applique une contrainte parallèle au fil, le module d’élasticité tend à être linéairement lié à la masse volumique (Bodig et Jayne, 1982). D’une manière générale, cette relation varie beaucoup selon l’espèce étudiée et le type de bois étudié (Zhang, 1997). Cependant, le comportement du bois face à une contrainte perpendiculaire au fil est non linéaire avec la masse volumique. Selon Feio (2006), on adopte souvent une relation non linéaire donnée par la formule ci-dessous, où f90 est la résistance du bois en compression transversale, D est la densité du bois et a est une constante comprise entre 1,5 et 2,3.

Cette valeur dépend de l’orientation des cernes de croissance et des dimensions de l’échantillon. Ethington et al. (1996) ont souligné que la résistance en compression perpendiculaire dépend de l’orientation des cernes de croissance annuelle selon une relation quasi quadratique. D’ autres chercheurs rapportent que la compression perpendiculaire est fortement dépendante des caractéristiques anatomiques du bois (Muller et al., 2003; Tabarsa et Chui, 2000, 2001 ). Kennedy (1968) a indiqué que les espèces à faible proportion de bois final étaient plus fortes en compression radiale qu’en compression tangentielle. En effet, les couches de bois final sont la principale source de résistance à la charge appliquée, car elles sont beaucoup plus rigides que les couches de bois initial lorsqu’on applique une charge dans la direction tangentielle (Tabarsa et Chui, 2000). Les résultats obtenus par Tabarsa et Chui (2001) ont confirmé la relation entre le comportement mécanique en compression radiale, celui en compression tangentielle et la proportion de bois final. L’effet de l’angle des microfibrilles sur la résistance mécanique du bois a été étudié par plusieurs chercheurs (Brazier, 1986; Maun, 1991). En fait, la variation de l’ AMF a un effet significatif et indépendant sur le MûE. Ce dernier peut être prédit de façon fiable ou être estimé à partir des mesures de 1 ‘AMF (Yang et Evans, 2003). Alteyrac (2005) a indiqué que la relation entre le module d’élasticité et l’ AMF est significative, alors que la relation avec la masse volumique ne l’est pas. Les propriétés mécaniques du bois dépendent aussi d ‘autres facteurs, dont le pourcentage de bois juvénile, le bois de compression, la présence et la taille des noeuds (Zhang et Koubaa, 2009).

Le bois juvénile, qui est situé à proximité de la moelle, est formé dans les premières années de croissance de l’arbre. Il est caractérisé par une paroi cellulaire mince, de courtes trachéides, un angle des microfibrilles élevé et par une faible densité (Macdonald et Hubert, 2002; Polge, 1964). Par conséquent, la présence de ce bois en grande proportion peut affaiblir les propriétés mécaniques (Kretschmann, 1997). Le bois de réaction est similaire au bois juvénile sur plusieurs points, mais il est formé par l’arbre pour des raisons différentes. Chez les résineux, le bois de réaction se forme dans les zones soumises à une contrainte de compression, d’où son nom « bois de compression » (Bowyer et al., 2007). La structure et la composition clùmique du bois de compression different du bois ordinaire. Les trachéides ont une paroi cellulaire plus épaisse et elles sont plus rondes en coupe transversale, avec un angle des microfibrilles plus élevé que les trachéides du bois normal (Macdonald et Hubert, 2002). La présence du bois de compression peut avoir un effet sur les propriétés mécaniques. Dhubhain et al. (1988) ont constaté que le module d’élasticité diminue avec l’augmentation de la proportion du bois de compression. Cependant, le module de rupture n’était pas affecté pourl’épinette de Sitka. Le bois naturel est un bois «de fil», cependant, à cause des forces extérieures et des facteurs environnementaux, le fil de bois peut présenter une pente par rapport à l’axe longitudinal. La déviation de l’angle du fil peut affecter les propriétés mécaniques, comme c’est illustré à la figw·e 1.3 (Ross, 2010).

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Généralités
1.1.1 Épinette noire
1.1.2 Coupes partielles
1.1.2.1 Coupe de jardinage
1.1.2.2 Éclaircie commerciale
1.1.2.3 Coupe avec protection des pet ites t iges marchandes
1.1.2.4 Coupe progressive
1.1.3 Qualité du bois
1.1. 4 Relation entre les p ropriétés mécaniques du bois, les caractéristiques anatomiques et physiques
1.5 Effet des coupes partielles sur la qualité du bois
1.2 Méthodes non destructives pour l’évaluation de la qualité du bois
1.2.1 Utilisation des méthodes non destructives pour évaluer les propriétés mécaniques du bois
1.2.2 Méthode de l ‘onde mécanique
1.2.3 Vibration transversale
1.2.4 Technique de 1 ‘ultrason
1.2.5 Relation entre le module d’élasticité dynamique et le module d’élasticité statique
CHAPITRE 2 MATÉRIAUX ET MÉTHODES
2.1 Aires d’ étude et caractéristiques des sites ….
2.2 Échantillonnage
2.3 Protocole expérimental..
2.3.1 Préparation des échantillons
2.3.2 Mesure des propriétés mécaniques du bois
2.3.3 Propriétés acoustiques
2.4 Analyse statistique des résultats
CHAPITRE 3 RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
3.1 Statistiques descript ives
3.2 Variation radiale des propriétés mécaniques de l ‘épinett e noire
3.3 Effet des coupes partielles sur les propriétés mécaniques de 1 ‘épinette noire
3.3.1 Effet des coupes partielles sur les propriétés en flexion
3.3.2 Effet des coupes partielles sur les propriétés en compression parallèle
3.3.3 Effet des coupes partielles sur les propriétés en compression perpendiculaire
3.4 Relation entre le module d ‘élasticité dynamique et le module d’ élasticité statique
3.4.1 Variation radiale des propriétés acoustiques de 1 ‘épinette noire
3.4.2 Relation entre le MOEdyn mesuré dans le sens longitudinal et le MOEstaJ mesuré en flexion trois points
3.4.3 Relation entre le MOEdyn et le MOEstaJ mesurés en compression parallèle ..
3.4.4 Relation entre le MOEdyn et le MOEstat mesuré en compression perpendiculaire
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE