Variation intra-arbre, intrasites et intrasites des attributs de la qualité du bois Thuya occidental (Thuja occidentalis)

Bouslimi, Besma (2014). Variation intra-arbre, intrasites et intrasites des attributs de la qualité du bois Thuya occidental (Thuja occidentalis). (Thèse de doctorat). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/577

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Résumé

Les variations intra-arbres, intrasites et intersites des attributs de la qualité du bois du thuya occidental (Thuja occidentalis L.), ainsi que l’impact de la présence de la carie sur ses caractéristiques ont été étudiées. Plusieurs sites écologiques où cette essence est suffisamment abondante en Abitibi-Témiscamingue ont été sélectionnés. Les arbres analysés dans le présent travail ont été échantillonnés de façon aléatoire pour chacun des sites. Deux types d’échantillonnage ont été réalisés: (i) un échantillonnage non destructif dans 11 sites à raison de 40 carottes par site, prélevées au diamètre à hauteur de poitrine et (ii) un échantillonnage destructif dans trois sites à raison de 15 arbres par site. Chaque arbre est découpé en deux billots de 0,7 m et 1,6 m et des rondelles extraites à des hauteurs systématiques à partir de 0,5 m tout le long de la hauteur de la tige. Les diamètres de l’aubier, du duramen et de la carie sont mesurés sur chaque rondelle. Toutes les rondelles et les billots sont séchés à l’air ambiant pendant plusieurs mois. Des travaux de caractérisation multi-échelles ont été réalisés pour la caractérisation de la qualité du bois du thuya occidental à l’aide de différents outils, notamment le densitomètre à rayons X, l’analyse de la qualité de la fibre, la microscopie électronique à balayage, des analyses proximales de la composition chimique et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, couplée à la technique de réflectance diffuse et les essais mécaniques.
Les études de densitomètre à rayon X et d’analyse de la qualité des fibres ont permis d’établir les profils des variations radiales et longitudinales des composants de la largeur et de la masse volumique des cernes et de la longueur et de la largeur des trachéides du bois du thuya occidental. Ces études ont permis aussi d’étudier les relations entre la croissance et les propriétés du bois. Les résultats ont montré que l’âge cambial et la hauteur de l’arbre étaient les principales sources de variation des propriétés du bois. La variation radiale de la masse volumique du bois du thuya occidental se caractérise par une diminution initiale depuis la moelle jusqu’à la zone de transition du bois juvénile au bois mature (environ 30 ans) et demeure plus ou moins constante par la suite. Le bois du thuya occidental est relativement uniforme. La masse volumique du bois final était plus dense de 41% que celle du bois initial. La distribution de bois final était assez uniforme à l’intérieur de l’arbre, représentant plus de 31% du cerne. La largeur du cerne diminue de son maximum près de la moelle pour atteindre son minimum au dixième cerne, puis elle augmente légèrement par la suite. Les variations interarbres des composants de la largeur et de la masse volumique des cernes étaient statistiquement significatives. La longueur et la largeur des trachéides ont montré une variation radiale caractérisée par une augmentation constante de la moelle vers l’écorce. La masse volumique du bois a diminué de la base vers le sommet de l’arbre, alors que la largeur des cernes ainsi que la longueur et la largeur des trachéides ont augmenté avec la hauteur de l’arbre.
La relation entre la masse volumique et les largeurs des cernes varie avec l’âge cambial. Dans le bois juvénile, la largeur des cernes était positivement corrélée à la largeur du bois initial alors que la proportion du bois final était négativement corrélée à la largeur des cernes. Les mêmes tendances ont été observées dans le bois mature, mais ces relations étaient plus importantes. Les résultats ont aussi révélé que la relation entre la masse volumique du cerne et celle du bois initial est très forte (r=0,92), comparativement à celle avec le bois final (r=0,53). Ces relations étaient plus importantes dans le bois juvénile que dans le bois mature. Une relation négative entre la longueur des trachéides et la largeur des cernes a été également observée chez le thuya occidental.
Par ailleurs, deux cent quatre-vingt-sept arbres échantillonnés à partir de onze sites ont servi à étudier les variations intersites et intrasites de la largeur et la masse volumique des cernes du thuya occidental. Les résultats ont montré que les effets du site, de l’arbre et de l’âge cambial sur les propriétés étudiées sont très significatifs, néanmoins, la variation due à l’arbre était la plus importante. En revanche, la variation interarbres des largeurs des cernes était plus considérable que celle des composants de la masse volumique du bois. L’âge cambial représente 17,7% de la variation totale de la masse volumique du cerne, mais seulement 0,6% de la variation totale de la largeur du cerne. La variation due à l’arbre varie entre 15 et 31% de la variation totale des composants de la masse volumique et de la largeur des cernes. Le site représente de 3 à 10% de la variation totale de ces propriétés. L’effet du site est plus important sur les largeurs des cernes que sur les composants de la masse volumique du bois.
Les résultats ont aussi montré que la masse volumique et la largeur des cernes varient considérablement entre les régions de l’Abitibi et Témiscamingue. De façon générale, la masse volumique moyenne du bois du thuya occidental en Abitibi-Témiscamingue était plus élevée (355 kg m-3) que celle précédemment rapportée dans d’autres régions au Canada. Le bois du thuya est relativement homogène, avec une faible différence entre le bois initial et le bois final (167 kg m-3). Les arbres poussant en Abitibi ont une masse volumique légèrement plus élevée que ceux poussant dans la région de Témiscamingue. À l’inverse les largeurs des cernes et le pourcentage du bois final étaient plus importants chez les arbres poussant au Témiscamingue.
D’autre part, les effets du site, de la hauteur de l’arbre et de l’âge de l’arbre sur les proportions de l’aubier, du duramen et de la carie sont très significatifs. Les proportions du duramen et de la carie ont diminué de la base de l’arbre au sommet, alors que la proportion de l’aubier a augmenté. La proportion de la carie était plus importante chez les arbres poussant sur des sites humides et sur des sols à pH acide que chez ceux poussant sur des sites secs et sur des sols à pH basique. La proportion de la carie était plus importante au niveau des arbres âgés comparativement aux arbres de moins de 80 ans ou la carie n’était pas sérieuse. Toutefois, la relation entre la proportion de la carie et l’âge de l’arbre était fortement liée aux conditions du milieu. La proportion de la carie augmente avec l’âge de l’arbre. Cette relation est d’autant plus forte si les conditions du milieu favorisent l’incidence de la carie. La proportion de la carie est positivement corrélée avec celle du duramen et négativement liée avec celle de l’aubier.
L’analyse de la structure anatomique du bois dégradé par la microscopie électronique à balayage a montré que la dégradation varie beaucoup entre les stades de la carie, avec le type du bois (le bois initial et le bois final) et entre les différentes parties de la cellule (lumen, lamelle moyenne, paroi cellulaire). À un stade initial, la dégradation est plus sérieuse au niveau des trachéides du bois initial que celles du bois final. Ceci a été expliqué par les caractéristiques des trachéides du bois final (une aire du lumen étroite, une paroi cellulaire épaisse et une masse volumique élevée). La dégradation est plus considérable au niveau de la partie intérieure (proche du lumen) de la paroi cellulaire, alors que celle à côté de la lamelle moyenne reste intacte. À un stade avancé, la paroi cellulaire est gravement dégradée et la lamelle moyenne est altérée et par conséquent, le bois perd son intégrité structurale. Ces changements structuraux sont d’ordre chimique. L’étude de densitomètre à rayon X révèle la même tendance. Les changements de la masse volumique du bois liés à la carie étaient plus importants au niveau des trachéides du bois initial que celles du bois final. Le profil de variation radiale de la masse volumique du bois dégradé a aussi révélé que la dégradation du bois était plus importante près de la moelle et diminue vers l’écorce, et que la dégradation se limite au duramen.
L’analyse des propriétés chimiques a montré que le bois du thuya occidental est très riche en substances extractibles (14,1%) et en lignine (31,5%). Les hémicelluloses de groupe xylanes et mannanes sont les plus abondantes. La présence de la carie brune se manifeste par une diminution importante des teneurs en hémicelluloses et en cellulose, les lignines, toutefois, ne sont pas dégradées. La dégradation des hémicelluloses et de la cellulose est sélective et elle dépend du processus de dégradation. À un stade initial, les hémicelluloses sont éliminées plus rapidement que la cellulose. Les hémicelluloses du groupe galactanes et arabinanes sont dégradées plus rapidement que les mannanes et les xylanes. La réduction était de 31,1% pour les galactanes, 27,9% pour les arabinanes, 9,9% pour les mannanes et 7,5% pour les xylanes.
L’analyse des propriétés mécaniques a montré que la présence de la carie est accompagnée par une diminution substantielle des propriétés étudiées. Néanmoins, les propriétés ne sont pas altérées avec la même grandeur et elles dépendent du stade de la carie. À un stade initial, le module de la rupture en flexion (MOR) était plus affecté que le module d’élasticité (MOE). La résistance à la limite d’élasticité en compression perpendiculaire (LS) et la dureté sont gravement affectées. Les changements dans les propriétés mécaniques du bois s’expliquent par les modifications de sa composition chimique, dues à la carie. Le MOR était fortement corrélé à la teneur en hémicelluloses, par contre il était faiblement corrélé à la teneur en cellulose. À l’inverse, le MOE était fortement corrélé à la teneur en cellulose. À un stade initial, les hémicelluloses sont dégradées plus rapidement que la cellulose, et par conséquent la perte du MOR était plus importante que celle du MOE. La perte de résistance (MOR) est attribuée à la dégradation des hémicelluloses du groupe arabinanes et galactanes. La perte de la rigidité (MOE) est associée à la dégradation de la cellulose. Finalement, les résultats ont montré aussi que les pertes de la masse étaient faibles à un stade initial (6-10%), mais les changements des propriétés mécaniques étaient considérables. Une perte de masse de 15% était à l’origine d’une réduction de 40% du MOR et de 30% du MOE en flexion. La perte de la masse est associée avec la dégradation des hémicelluloses du groupe mannanes et xylanes. À un stade initial, les hémicelluloses des groupes arabinanes et galactanes sont dégradées plus rapidement que les hémicelluloses des groupes mannanes et xylanes, et par conséquent, les pertes de la masse étaient faibles à un stade initial (6-10%).

Type de document:	Thèse ou mémoires (Thèse de doctorat)
Directeur de mémoire/thèse:	Koubaa, Ahmed
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Bergeron, Yves
Mots-clés libres:	intrasite, intersite, thuya occidentale, intra-arbre.
Divisions:	Forêts > Doctorat en sciences de l'environnement
Date de dépôt:	02 juin 2014 18:23
Dernière modification:	02 juin 2014 18:23
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/577

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