EFFET DE LA CARIE SUR LA QUALITÉ DU BOIS DU THUYA OCCIDENTAL (THUJA OCCIDENTALIS. L): Propriétés Anatomiques, Chimiques et Mécaniques.

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Marie-Madeleine Gaudet
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1 EFFET DE LA CARIE SUR LA QUALITÉ DU BOIS DU THUYA OCCIDENTAL (THUJA OCCIDENTALIS. L): Propriétés Anatomiques, Chimiques et Mécaniques. Besma Bouslimi 1, 2, 3, Ahmed Koubaa 1, 2, 3 et Yves Bergeron 2, 3 1 Chaire de recherche du Canada en valorisation, caractérisation et transformation du bois 2 Chaire industrielle UQAT-UQAM en aménagement forestier durable 3 Université du Québec en Abitibi-Téminscamingue Besma.bouslimi@uqat.ca

2 CONTENU DE LA PRÉSENTATION Introduction Objectifs Matériel et Méthodes Résultats et Discussions Variations intra-arbre et inter-sites Relation âge-carie Effet de la carie sur la structure anatomique Effet de la carie sur la composition chimique Effet de la carie sur les propriétés mécaniques Conclusions 1

3 INTRODUCTION Thuya occidental Une essence très recherchée pour les applications exigeant une résistance à l altération par les champignons (patios, clôtures, meubles de jardin etc), grâce à sa durabilité naturelle (extractibles). 2

4 Comment se développe la carie? Humidité, Température Site, Blessures L âge de l arbre Duramen: Bois du coeur Champignons de pourritures Aubier: Barrière Carie du cœur Section d un tige de Thuya occidental 3

5 Structure du bois? Bois Macroscopique Macromolécules Faible poids: Substances Polysaccharides Organiques: extractibles Inorganiques Celluloses Hémicelluloses Lignine 50% 20%(R)/30%(F) Moléculaire 30%(R)/20%(F) 5%-15% 2% Glucane(90%) Galacto-glucomannane(60%) Arabino-glugoxylane(40%) 4

6 OBJECTIFS L objectif général est d étudier l effet de la carie du cœur sur les propriétés du bois du thuya occidental. Plus spécifiquement les objectifs sont: 1.Étudier les variations intra-arbres et inter-sites des pourcentages de la carie chez le thuya occidental. 2.Déterminer la relation âge-carie 3.Évaluer l impact de la carie sur la structure anatomique, la composition chimique et les propriétés mécaniques du bois 5

7 MATÉRIEL ET MÉTHODES Trois sites en Abitibi Témiscamingue 2 sites dans la région de l Abitibi :A ( site sec) et L (site moyennement sec) 1 site dans la région de Témiscamingue: T( site très humide) 15 arbres par site Sommet Carie Surface totale Duramen 7m Aubier Hauteur de l arbre 5m 3m 1.3m 0.5m L=2m L=2m L=1.7 m L=0.8m Log k Surface totale Rayon k Carie Duramen Aubier Rayon k-1 6

8 Description des sites d échantillonnage sites: localisation Abitibi(A) Lac duparquet(l) Témiscamingue(T) Latitude 48,28 N 48,25 N 47,25 N Longitude 79, 27 W 79,24 W 78,40 W Elevation 314m 272m 333m Temperature 1.65 C 1.64 C 2.33 C Précipitation 854.1mm mm mm Hauteur (m) 11,6(9-15) 11(7-14) 11(7-13,4) DHP (cm) 15.7(10-42) 16(10-41) 17(16-29) Âge (années) 96(58-134) 121(73-198) 93(75-127) Densité du peuplement (%) Peuplement Cédrière à Cédrière à sapin Cédrière à sapin sapin Type de sol Dépôt d argile Dépôt d argile Dépôt sablonneux Drainage modéré modéré modéré ph(cacl 2 ) Humidité(%)

9 Caractérisation du stade de la carie Densitomètre à rayon X C0: sain; C1:stade initial de carie =2-8% C2: stade avancé de carie=40% C0 C1 C2 Différence visuelle entre les trois classes de bois Le microscope électronique à balayage (MEB) 8

10 Tests à mesurer Composition chimique: DRIFTS Méthodes conventionnelles La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (DRIFTS) Zwick Propriétés mécanique: Flexion Dureté, Compression perpendiculaire Compression parallèle 9

11 Variation des pourcentages de la carie, du duramen et de l aubier en fonction du site et de la hauteur de l arbre(% en surface) Pourcentage en surface de la carie, % Abitibi a a Lac Duparquet Témiscamingue b c cd ce fc 0,5 1, Hauteur de l'arbre, m Le pourcentage de l aubier augmente avec de la hauteur de l arbre Le pourcentage du duramen diminue avec la hauteur de l arbre 10

12 Relation entre carie, duramen, aubier et âge Coefficients de corrélations 11

13 Relation entre le pourcentage de la carie et l âge de l arbre Pourcentage en volume de la carie,% Abitibi Lac Duparquet Témiscamingue 30 27% ,5% Âge de l arbre, années 12

14 Anatomie du bois du thuya occidentalis L x250 Bois Final x1000 Bois initial Cellule du Lumen Lamelle moyenne Paroi cellulaire Coupe transversale chez thuya occidentalis L 13

15 Anatomie du bois du thuya occidentalis L x250 x1000 Ponctuations Torus Coupe radiale chez thuya occidentalis L 14

16 Effet de la carie sur la structure anatomique du bois x1000 x50 x1000 Trous Cellule du Lumen Lamelle moyenne Fissure Bois Final Bois initial 15

17 Effet de la carie sur la masse volumique du bois Masse volumique (kg/m3) C0 C1 C Age cambial (années) :duramen sain :stade initial de carie :stade avancé de carie La présence de la carie se manifeste par une diminution plus intense de la masse volumique au niveau du bois initial que celui du bois final. 16

18 Effet de la carie sur la composition chimique (%) Hemicellulose Cellulose 16.42% ,21% C0 C1 C2 C0 C1 C2 (%) (%) 20 14,6% Extractibles (%) 60 Lignine C0 C1 C2 0 C0 C1 C2 C0: duramen sain; C1:stade initial de carie et C2: stade avancé de carie La dégradation initial du bois est étroitement liée à la dégradation des hémicelluloses 17

19 Effet de la carie sur les hémicelluloses (%) Galactane (%) Mannane % C0 C1 C % C0 C1 C2 (%) 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Arabinane 54% C0 C1 C2 (%) Xylane 7% C0 C1 C2 C0: duramen sain; C1:stade initial de carie et C2: stade avancé de carie 18

20 Résultats du spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (DRIFTS) Absorbance 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, a b c Wavenumber(cm-1 ) a: duramen sain; b: stade initial de carie et c: stade avancé de carie 19

21 Résultats du spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (DRIFTS) 0,7 0,6 Mannane Lignine C=C C-O-C C-H C-H Glucane 618 a b c 0,5 C=O Absorbance 0,4 0,3 Xylane 0,2 a: duramen sain; b: stade initial de carie et c: stade avancé de carie Li et al.2010; Pandey and Pitman 2003;Pandey et al 1998) 0, Wavenumber(cm -1 ) La présence de la carie se manifeste par la dégradation des hémicelluloses et des celluloses, par réduction sélective des pics à 1742, 1371, 1158 et 898 cm -1, sans dégrader la lignine (augmentation des pics à 1509 et 1270 cm -1 ). 20

22 Effet de la carie sur les propriétés mécaniques 2500 Durété du surface 6000 Flexion Durété(N) MOE(Mpa) C0 C1 C2 0 C0 C1 C2 La présence de la carie a un effet négatif également sur la compression parallèle et la compression perpendiculaire (contrainte à limite d élasticité) 21

23 CONCLUSIONS Les arbres du site humide sont plus vulnérables à la carie que ceux poussant sur des deux sites secs. Dans le même site, les arbres plus âgés sont plus vulnérables à la carie que les jeunes arbres. Cependant, le pourcentage de la carie n'est pas sérieux dans les arbres de moins de 80 ans. La carie brune dégrade les hémicelluloses et les celluloses sans dégrader la lignine La carie a un impact négatif sur les propriétés mécaniques du bois. Le bois du cèdre est un bois riche en extractibles ce qui favorise son usage dans le domaine des produits à valeurs ajoutés. 22

24 REMERCIMENTS Johann Housset QUESTIONS 23

25 Représentation de la structure des deux principaux hémicelluloses 4-β-D-Glucanep-1 4-β D-Mannanep-1 4-β-D-Mannanep-1- α-d-galactane p O-acetyl-galacto-glucomannane(60%) 4- β -D-Xylane p-1 4-β-D-Xylanep-1 4-β-D-Xylane p-1 α-l-arabinane Arabino-4-0-methylglucuronoxylan(40%)

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