Soutenance mémoire
Le bois est un matériau complexe ayant des propriétés physiques et mécaniques remarquables. Une de ses propriétés les plus importantes, aussi bien d’un point de vue technologique qu’écologique, est la densité. En effet, ce paramètre est relié à plusieurs traits fonctionnels de l’arbre (Chave et al. 2009 ; Nock et al., 2009) et est corrélé avec les propriétés mécaniques du bois telles que la résistance en flexion dynamique, le module d’élasticité en flexion, la dureté et la résistance à la compression axiale (Guilley, 2000 ; Gérard, 1999). Il permet ainsi de donner une indication sur les utilisations potentielles d’une essence forestière. La densité du bois est aussi une caractéristique incontournable pour estimer la biomasse forestière en place ou à venir, à l’échelle d’un peuplement ou d’une ressource (Barbour et al., 1996; Nepveu , 2009).
Les propriétés mécaniques et physiques du bois sont variables intra-arbres et entre les arbres. Des facteurs internes liés à la structure anatomique de l’arbre expliquent entre autres les variations de ces propriétés. Pour la densité, trois sources peuvent être distinguées : la première source de fluctuations de densité intra-arbre provient du passage progressif du bois juvénile au bois adulte. Le bois juvénile est formé par un certain nombre de cernes, situés à proximité de la moelle, caractérisés par leur faible densité (Polge, 1964). En outre, l’augmentation de la longueur des fibres et du diamètre des vaisseaux de la moelle à l’écorce explique 31% des variations de la densité par rapport à la distance à la moelle (Guilley et Nepveu, 1999 ; Thibaut et al. (1997). Enfin, l’évolution des extractibles dans le bois est aussi une des causes principales des variations radiales de la densité du bois (Peng et al., 1991 ; et de Klumpers, 1994 in Guilley, 2000).
En outre, selon Polge et al. (1973) in Sesbou et Nepveu (1978) il existe une influence des facteurs écologiques et édaphiques sur les caractéristiques physiques et mécaniques du bois. Les densités du bois intra-arbre, intra- et interspécifique peuvent alors varier considérablement en fonction de ces facteurs. Ces variations peuvent être expliquées par des phénomènes de compétition au niveau des réserves du sol, ainsi que par des phénomènes de compétition pour la lumière (Nicault et al., 2001). A titre d’illustration, des espèces pionnières tropicales telles que le balsa (Ochroma pyramidale) peuvent présenter une augmentation de la densité de 300 à 400% de la moelle à l’écorce (Wiemann et Williamson, 1988). De plus, la relation existant entre le tempérament des espèces et la densité du bois a permis par exemple de conclure que les espèces pionnières ont une faible densité, les espèces émergentes à densité intermédiaire et les espèces à croissance lente confinées dans les « subcanopy» ont une densité élevée (King et al., 2006 ; Muller-Landau, 2004 ;Van Gelder et al., 2006). Des études montrent l’influence significative de la pente du terrain sur la densité du bois (Mazet et Nepveu, 1991 ; Ruelle et al., 2007). En effet, ce facteur produit des contraintes de croissance au niveau du tronc de l’arbre, modifiant les propriétés physiques et mécaniques du bois, comme le module d’élasticité légèrement plus élevé dans le bois de tension que dans le bois opposé, ou la tendance élevée de la valeur de l’infradensité du bois de tension (Baillères, 1994; Clair et al., 2003 ; Coutand et al., 2004). Les conditions micro-environnementales influent alors sur la dynamique de la croissance de l’arbre et par conséquent sur les variations des propriétés du bois (Wimmer et al., 2002). C’est dans ce contexte que cette recherche intitulée « Etude de la variabilité radiale de la densité du bois des essences autochtones dans la station forestière de Mandraka » a été élaborée. Elle se focalise sur l’analyse de la variabilité radiale de la densité du bois dans l’arbre, à l’intérieur d’une même espèce, et entre les espèces forestières, et son déterminisme écologique. La question de recherche suivante a été alors posée « Quels sont les principaux facteurs qui ont des effets significatifs sur la densité du bois et sa variabilité radiale? ». Pour cela trois hypothèses ont été émises, la première stipule que la croissance de l’arbre induit une variabilité de la densité du bois dans le plan radial, la deuxième suggère que les variations écologiques locales à l’intérieur du site influent sur la variabilité intra et inter-arbre de la densité du bois, et la troisième avance que le facteur « espèce » influe sur la variabilité de la densité du bois. Ces connaissances sont importantes pour comprendre le comportement de l’arbre en fonction des conditions environnementales et pour orienter les activités d’aménagement des forêts (Fearnside, 1997). En outre, cette étude s’insère dans l’alimentation de la base de données des densités des essences de bois malgaches et de sa variabilité. En effet, une telle étude n’existe pas encore à Madagascar, et les études similaires effectuées sur les bois tropicaux ne sont pas nombreuses (Montes et al., 2007 ; Baker et al., 2004). La majorité des études sur les forêts tropicales concernent l’infradensité (Butterfield et al., 1993 ; Whitmore, 1973; Williamson, 1984; Wiemann et Williamson, 1988). En revanche, plusieurs recherches traitant le sujet en question ont déjà été menées sur des essences tempérées comme les études effectuées par Guilley (2000) ; Degron et Nepveu (1996); Fukazawa et Ohtani (1972) ; Nock et al. (2009). Ainsi, les travaux de recherche effectués dans le cadre de ce mémoire constituent une innovation pour l’étude de la densité des bois malgaches, et surtout de sa variabilité dans le plan radial.
PRESENTATION DU MILIEU D’ETUDE : LA STATION FORESTIERE DE MANDRAKA
Les formations forestières primaires de la station forestière de Mandraka sont caractérisées par les forêts denses humides de moyenne altitude (Rajoelison et al., 2008) et ont été constituées d’un bloc continu de végétation. A cause de l’exploitation forestière et du défrichement, la forêt de Mandraka a perdu non seulement 71% de sa couverture végétale, mais aussi sa diversité biologique (Rajoelison et al., 2007). Devant ce fait, 29 ha de la forêt ont été transformés en station secondaire d’essai sylvicole, gérée par le Département des Eaux et Forêts de l’ESSA sous l’autorisation du Service Provincial des Eaux et Forêts, pour le renforcement de la protection de peuplements artificiels et du vestige de la forêt naturelle et de sa périphérie. Ainsi, trois types de formations forestières peuvent y être distingués : 16,3 ha de forêt naturelle dont 11,7 ha de forêts primaires et 4,6 ha de forêts secondaires, et 12,5 ha de forêts artificielles qui constituent la partie très dégradée de la forêt convertie en arboretum (Rajaonarisoa, 2002).
Forêts primaires
Les vestiges de la formation primaire, se trouvant en général dans les limites de l’arboretum et dans les propriétés privées de RAMAHERISON , sont constitués par une forêt dense humide de moyenne altitude à sous-bois épais. Elle est caractérisée par un feuillage permanent, une densité élevée des arbres (3000 tiges/ha) mais avec une hauteur réduite et une structure pluristratifiée (Rajaonarisoa, 2002; Rajaonera, 2008). Suivant la pente, les crêtes et les hauts versants (strate supérieure) sont dominés entre autres par Eugénia jambolana (Myrtaceae) et des espèces de la famille de l’Uapacaceae dont Uapaca densifolia, etc. Ces espèces sont toujours surchargées d’épiphytes (mousses, lichens, orchidées, etc.) sur les troncs. Les strates moyenne et inférieure sont dominées par les espèces de palmiers (Dypsis baronii en particulier) et les fougères arborescentes qui colonisent les bas-fonds (Rajoelison et al., 2008 ; Rajaonera, 2008).
Quatre ilots forestiers constituent la forêt primaire de la station : F1, F2, F3, F4 , et qui formaient auparavant un seul bloc de forêt. Leur superficie était de 11,7 ha, alors que la forêt primaire ne couvre actuellement que 9,91 ha de la station. Une perte de 1,80 ha s’est produite dans l’îlot F4 due à des feux de forêt venant des terrains agricoles en 1996 et en 2002. Les aires brûlées sont actuellement envahies par des formations végétales secondaires. La superficie des trois premiers îlots est maintenue dont 3,40 ha dans F1 ; 4,47 ha dans F2 ; 1,62 ha dans F3 et seulement 0,42 ha dans F4 (Rajoelison et al., 2008).
Forêts secondaires
Comme dans tous les paysages tropicaux, les forêts secondaires sont de plus en plus représentées (Emrich et al, 2000 in Rajoelison et al., 2008). Les formations secondaires communément appelées « savoka » occupent une surface non négligeable dans la zone. En effet, la quasi-totalité de cette dernière s’est développée après le défrichement de la forêt primaire. Ce type de formation se localise en majeure partie dans la propriété privée de RAMAHERISON et aux alentours de l’arboretum. La forêt secondaire est constituée principalement par des essences à tempérament héliophile pionnier, à croissance rapide. Sa stratification est moins complexe. Cette formation est dominée entre autres par les essences ligneuses suivantes : Harungana madagascariensis (Hypericaceae), Trema orientalis (Ulmaceae), Psiadia altissima (Asteraceae), Lantana camara (Verbenanceae). Quelques genres de la forêt primaire tels que Eugenia, Ocotea, Weinmannia sont également présents. Toutefois, la forêt secondaire est moins riche en espèces et moins complexe que la forêt primaire (Rajoelison et al., 2008 ; Rajaonera, 2008).
Forêts artificielles
Les peuplements artificiels, localisés dans l’arboretum, sont essentiellement constitués par des essences introduites de différentes provenances et d’espèces natives. Ces espèces ont été plantées vers 1951 en guise d’essais de plantation en arboretum. 41 espèces dont 22 appartiennent au genre Eucalyptus formaient au début les peuplements. Parmi les principales espèces, il ya entre autres, Fraxinus udhei, Cedrela odorata, Pinus spp., Liquidambar styraciflua, Araucaria spp., Cupressus spp. (Rajoelison et al., 2007).
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Table des matières
I. INTRODUCTION
II. PRESENTATION DU MILIEU D’ETUDE : LA STATION FORESTIERE DE MANDRAKA
II.1 Forêts primaires
II.2 Forêts secondaires
II.3 Forêts artificielles
III. MATERIELS ET METHODES
III.1 Problématique
III.1.1 Manque de connaissances sur les propriétés physiques des bois malgaches
III.1.2 Effets des facteurs écologiques et édaphiques sur la qualité du bois
III.2 Questions de recherche
III.3 Hypothèses de travail
III.4 Démarche générale
III.4.1 Etude des différents facteurs à l’origine de la variabilité de la densité du bois
III.4.2 Caractérisation expérimentale de la densité du bois en laboratoire
III.4.3 Analyses statistiques et traitements des résultats
III.5 Cadre opératoire de la recherche
III.6 Résumé méthodologique
IV. RESULTATS
IV.1 Différence de densité entre les bois normaux et les bois de tension dans l’arbre
IV.1.1 Importance des bois de tension selon la taille de l’arbre
IV.1.2 Comparaison entre la densité moyenne des bois de tension et des bois normaux
IV.2 Effets des facteurs « diamètre » et « distance à la moelle » sur la variabilité de la densité du bois
IV.2.1 Répartition des arbres étudiés par espèce et par classe de diamètre
IV.2.2 Variabilité de la densité par rapport au diamètre de l’arbre et à la distance à la moelle
IV.3 Effets des facteurs « espèce », « genre » et « famille » sur la variabilité de la densité du bois
IV.3.1 Répartition des espèces étudiées par genre et par famille
IV.3.2 Variabilités intra et interspécifique de la densité
IV.3.3 Effet du facteur « genre » sur la variabilité inter-arbre de la densité
IV.3.4 Effet du facteur « famille » sur la variabilité inter-arbre de la densité
IV.3.5 Effet du facteur « espèce » sur la variabilité intra-arbre de la densité du bois
IV.4 Effet du facteur « tempérament » sur la variabilité de la densité du bois
IV.4.1 Répartition des espèces étudiées par tempérament
IV.4.2 Effet du facteur « tempérament » sur la variabilité inter et intra-arbre de la densité
IV.5 Effets des différents facteurs du milieu sur la variabilité de la densité du bois
IV.5.1 Effets du facteur « pente » sur la variabilité de la densité
IV.5.2 Effet du facteur « altitude » sur la variabilité de la densité du bois
IV.5.3 Effets du facteur « type de sol » sur la variabilité de la densité
V. DISCUSSIONS
V.1. Discussions et recommandations sur les résultats de l’étude
V.1.1 Récapitulatif des effets des différents facteurs sur la variabilité de la densité
V.1.2 Effets des facteurs « distance à la moelle » et « diamètre » sur la variabilité de la densité
V.1.3 Effet du facteur « espèce » sur la variabilité de la densité
V.1.4 Effet du facteur « tempérament » sur la variabilité de la densité
V.1.5 Effets des facteurs du milieu sur la variabilité de la densité
V.2. Limites de la méthodologie de recherche adoptée
V.3. Vérification des hypothèses de recherche
V.4. Avantages et apports de la recherche
V.5. Recommandations
V.5.1 Recommandations sur la méthodologie
V.5.2 Recommandations pratiques et perspectives de recherche
VI. CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE
