PROPRIÉTÉS DES SOLS ET DE LA BIOMASSE AÉRIENNE SUR UNE TERRE EN FRICHE RÉCOLTÉE AVEC UN BIOBALER. François-Simon Robert

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1 PROPRIÉTÉS DES SOLS ET DE LA BIOMASSE AÉRIENNE SUR UNE TERRE EN FRICHE RÉCOLTÉE AVEC UN BIOBALER François-Simon Robert Maîtrise en sols et environnement Maître ès sciences (M. Sc.) Québec, Canada François-Simon Robert, 2014

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3 Résumé Les plantes arbustives naturelles envahissent les terres agricoles abandonnées. Pour remettre en valeur ces friches, on a traditionnellement recours au brûlage ou au broyage sur place. D invention récente, le Biobaler coupe et met en balle les arbustes qui peuvent alors être déplacés et valorisés. Un champ agricole à St-Augustin-de-Desmaures (Québec, Canada), abandonné depuis 20 ans, a été inventorié pour les plantes présentes et les sols. Des modèles allométriques ont été développés pour prédire la biomasse de 11 espèces pionnières (R² moyens de 0,93). Les sols avaient un ph moyen de 5,0, 0,32% de N-total et un carbone organique de 4,0 %. Soixante-deux balles récoltées sur 2,7 ha pesaient 413 kg en moyenne à 44% de teneur en eau. La biomasse récoltée, entre 3,3 et 9,6 t de matière sèche par hectare, représentait 18 à 43 % de récupération. Les données permettront d évaluer le Biobaler sur les friches. III

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5 Abstract English Title : Soil and native woody crop properties on an abandoned agricultural field harvested with a Biobaler Natural woody crops overtake abandoned agricultural land. To bring back these areas into useful production, traditional methods include prescribed burning or on-site mulching. A recent technology, the Biobaler cuts and forms round bales of woody crops which can be moved for useful application. An agricultural field in Saint-Augustin-de-Desmaures (Quebec, Canada), abandoned for 20 years, was monitored for crop identification and soil properties. Allometric models were developed for 11 native woody crops (average R² of 0.93). Soil ph averaged 5.0, total N, 0.32% and organic carbon, 4.0%. Sixty two bales were harvested, averaging 413 kg at 44% moisture. The harvested biomass, between 3.3 and 9.6 t of dry matter per hectare, represented 18 to 43% of above-ground biomass. Data will be useful in assessing Biobaler operation on fallow land. V

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7 Table des matières RÉSUMÉ... III TABLE DES MATIÈRES... VII LISTE DES TABLEAUX... XI LISTE DES FIGURES... XV LISTE DES ABRÉVIATIONS DES UNITÉS DE MESURE... XIX AVANT-PROPOS... XXI CHAPITRE 1 : INTRODUCTION PROBLÉMATIQUE PLAN DU MÉMOIRE... 3 CHAPITRE 2 : REVUE DE LITTÉRATURE ET CADRE DE LA RECHERCHE DÉFINITIONS ET MISE EN CONTEXTE DES SOLS EN FRICHE DÉFINITIONS ESTIMATION DES SURFACES MONDIALES PROCESSUS D ABANDON DES TERRES ET DE VÉGÉTALISATION PHÉNOMÈNE D INVASION CARACTÉRISATION DE L ÉTAT VÉGÉTAL CHANGEMENTS DANS LES PROPRIÉTÉS DU SOL SUIVANT L ABANDON DES PRATIQUES CULTURALES INDICATEURS DE LA FERTILITÉ DES SOLS CONVERSION DES CULTURES AGRICOLES INTENSIVES PAR UNE SUCCESSION VÉGÉTALE CARBONE ORGANIQUE ET AZOTE DU SOL LE PH ET AUTRES INDICATEURS MÉTHODES D ÉVALUATION DE LA BIOMASSE RENDEMENT ET RÉCUPÉRATION DE BIOMASSE SUR DES TERRES ABANDONNÉES POTENTIEL DE CROISSANCE DE LA BIOMASSE DANS DES MILIEUX NATURELS RÉCOLTE DE LA BIOMASSE SUR DES TERRES EN FRICHE À CAP ST-IGNACE RÉCOLTE DE BIOMASSE NATURELLE EN SASKATCHEWAN RÉCOLTE DE BIOMASSE NATURELLE EN FLORIDE RÉCOLTE EN MILIEUX NATURELS À LA POCATIÈRE, EN ABITIBI ET DANS LE NORD DE L ONTARIO RÉCOLTE EN MILIEUX NATURELS AU MINNESOTA ALTERNATIVE POUR LE CONTRÔLE DE LA VÉGÉTATION LE CHOIX DES ÉQUIPEMENTS SÉLECTION DU SITE ET ASPECTS RÈGLEMENTAIRES IMPLANTATION DE CULTURES LIGNEUSES APRÈS LE RETRAIT D UNE VÉGÉTATION ENVAHISSANTE MISE EN VALEUR DE LA BIOMASSE ARBUSTIVE VII

8 2.6 CADRE CONCEPTUEL DE LA RECHERCHE OBJECTIFS DU MÉMOIRE HYPOTHÈSES SPÉCIFIQUES CHAPITRE 3 : MATÉRIEL ET MÉTHODES DISPOSITIF EXPERIMENTAL CHOIX DU SITE D ETUDE L AIRE D ETUDE LOCALISATION ET ECOLOGIE DES PEUPLEMENTS COLLECTE DE DONNÉES DE VÉGÉTATION AU CHAMP CARACTÉRISATION DU COUVERT VÉGÉTAL ÉCHANTILLONNAGE DESTRUCTIF POUR PRÉDIRE LA BIOMASSE AÉRIENNE ANALYSE STATISTIQUE CARACTÉRISATION DES SOLS PROCÉDURE D ÉCHANTILLONNAGE ET DE PRÉPARATION DES SOLS ANALYSES DES SOLS ANALYSE STATISTIQUE LA RÉCOLTE DE LA BIOMASSE MACHINE DE RÉCOLTE MASSE DES BALLES TENEUR EN EAU DE LA BIOMASSE RÉSIDUS DE RÉCOLTE FONCTIONNEMENT DE LA RÉCOLTE RENDEMENT CONSOMMATION DE CARBURANT ANALYSE STATISTIQUE CHAPITRE 4 : RÉSULTATS PARAMÈTRES PHYSICO-CHIMIQUES DES SOLS ANALYSE TEXTURALE DU SOL ANALYSE CHIMIQUE DU SOL ANALYSE DE RELATION PAR CORRÉLATION SIMPLE ANALYSE PAR RÉGRESSION ALLOMÉTRIE DES ESSENCES NATURELLES ET ÉQUATIONS DE RÉGRESSION DONNÉES DE DIAMÈTRES ET BIOMASSES DE 11 ESPÈCES PIONNIÈRES ÉQUATIONS DE RÉGRESSION COMPARAISON DES ÉQUATIONS DE PRÉDICTION LOCALES AVEC CELLES DE LA LITTÉRATURE Sélection des équations Analyse statistique ANALYSE DES MILIEUX VIII

9 4.3.1 DESCRIPTION DES ÉLÉMENTS DU COUVERT VÉGÉTAL SUR LES PARCELLES EXPÉRIMENTALES ET LA POPULATION RELATIVE RÉSULTATS DE LA CAMPAGNE D ÉCHANTILLONNAGE SURFACE TERRIÈRE CARACTÉRISATION DU CHANTIER DE RÉCOLTE ET MESURE DES RENDEMENTS DE LA BIOMASSE PAR RÉCOLTE AVEC UN BIOBALER CARACTÉRISATION DES OPÉRATIONS DE RÉCOLTE AUX CHAMPS CARACTÉRISTIQUES DE LA BIOMASSE RÉCOLTÉE RENDEMENT DE RÉCOLTE TEMPS DE RÉCOLTE, CAPACITÉ ET CONSOMMATION DE CARBURANT PERTES AU CHAMP PRÉDICTION DE LA BIOMASSE AÉRIENNE PAR MESURES NON DESTRUCTIVES ET ANALYSE COMPARATIVE AVEC LA RÉCOLTE ENTIÈRE PRÉDICTION DE LA BIOMASSE AÉRIENNE PAR EXTRAPOLATION DES QUADRATS ÉVALUATION DE LA PRÉDICTION EN UTILISANT LES VALEURS MOYENNES DE DENSITÉ ET DE DIAMÈTRE DES TIGES ÉVALUATION DE LA PRÉDICTION EN UTILISANT LES VALEURS MÉDIANES DES MESURES DIAMÉTRALES ENREGISTRÉES RENDEMENTS ANNUALISÉS CHAPITRE 5 : DISCUSSION COMPOSITION DES SOLS EN FRICHE DIFFÉRENCES ENTRE LES SOLS CULTIVÉS ET LES SOLS EN FRICHE ANALYSE DE BONFERRONI DÉVELOPPEMENT DES ÉQUATIONS DE PRÉDICTION DE LA BIOMASSE AÉRIENNE CARACTÉRISATION DES COMMUNAUTÉS VÉGÉTALES PRÉSENTES SUR LES PARCELLES EN FRICHE RÉCOLTE DE LA BIOMASSE CARACTÉRISATION DE LA RÉCOLTE ANALYSE PAR RÉGRESSION DES COMPOSANTES DU CHANTIER DE RÉCOLTE L ANALYSE DU RECOUVREMENT DE LA BIOMASSE ANALYSE DE COÛT CHAPITRE 6 : CONCLUSION DU MÉMOIRE CHAPITRE 7 : RECOMMANDATIONS CHAPITRE 8 : OUVERTURE BIBLIOGRAPHIE ANNEXES ANNEXE A : ANALYSE DE LA VÉGÉTATION DES SITES À LA POCATIÈRE IX

10 ANNEXE B : MESURES DES PARAMÈTRES DE RÉCOLTES EN FRICHES ET MILIEUX NATURELS AU QUÉBEC, EN ONTARIO ET MINNESOTA ANNEXE C : DONNÉES BRUTES DES ANALYSES PHYSICO-CHIMIQUES DES SOLS ÉTUDIÉS ANNEXE D : TESTS D'HYPOTHÈSES POUR LES COMPOSANTES AZOTE TOTALE ET AZOTE MINÉRALE N-NO DIFFÉRENCES DES MOYENNES DES MOINDRES CARRÉS ANNEXE E : ANALYSES DES COEFFICIENTS DE CORRÉLATION DE PEARSON ANNEXE F: DONNÉES ALLOMÉTRIQUES DES ESPÈCES ÉCHANTILLONNÉES ANNEXE G : ÉQUATIONS RETENUES POUR FINS DE COMPARAISONS STATISTIQUES ANNEXE H : RÉSULTATS DES COMPARAISONS ANNEXE I : DONNÉES DÉTAILLÉES DE RÉCOLTE DES BALLES DE BIOMASSE ANNEXE J : DONNÉES BRUTES D ANALYSE DE RECENSEMENT VÉGÉTAL ANNEXE K : ANALYSE DU CHANTIER DE RÉCOLTE PAR COMPARAISON STATISTIQUES À PARTIR DES ÉQUATIONS DE SAVOIE ET AL. (2012) X

11 Liste des tableaux Tableau 1: Répartition par région administrative des surfaces agricoles occupées par des terres marginales, des terres en friches et des terres naturelles pour le pâturage Tableau 2: Détermination des formations suivant le recouvrement Tableau 3: Récolte de terres en friche à Cap St-Ignace en Tableau 4: Caractéristiques des milieux naturels des prairies canadiennes (Saskatchewan) Tableau 5: Paramètres de récolte avec le Biobaler en Saskatchewan Tableau 6: Caractérisation des pertes au champ suivant la récolte par le Biobaler Tableau 7: Caractéristiques des parcelles étudiées incluant la superficie, classification du couvert végétal et du sol et l élévation Tableau 8: Composition physique des sols (moyenne de 4 échantillons par parcelle) Tableau 9: Quelques propriétés chimique des sols (moyenne de 4 échantillons par parcelle) Tableau 10: Analyse des groupements statistiques de Bonferroni pour la composante azote minéral NO 3 des sols Tableau 11: Caractéristiques des plantes pionnières observées sur les friches de Saint-Augustin-de- Desmaures Tableau 12: Paramètres de régression selon l équation 3 [ÉQ. 3] pour estimer la biomasse aérienne sèche par tige (g) de onze essences arbustives observées à l été 2011 incluant les feuilles. L erreur type est entre parenthèses. DB est le diamètre à 10 cm du niveau du sol et DHP est le diamètre à 130 cm du niveau du sol Tableau 13: Superficie des parcelles recensées, nombre de parcelles échantillonnées, couverture herbacée, surfaces arbustives, végétation ligneuse arborescente (zone à grosses tiges) et surfaces marécageuses inventoriées Tableau 14: Nombre de quadrats dans lesquels l essence a été répertoriée par parcelle Tableau 15: Nombre de tiges par quadrat de 0,25 m² par essence et par parcelle Tableau 16: Extrapolation du peuplement avant traitement (nombre de tiges par ha) Tableau 17: Contribution relative des espèces au nombre de tiges recensées (%) Tableau 18: Diamètres moyens à la base (DB) et à hauteur de poitrine (DHP) par essence et par parcelle Tableau 19: Médiane des mesures de diamètre à la base et DHP par essence et par parcelle Tableau 20: Calcul des surfaces terrières (m²/ha*) par essence et par parcelle basées sur le DHP moyen Tableau 21: Caractérisation du processus de récolte des parcelles d études incluant la surface inventoriée initiale, la surface effective récoltée, le nombre de sous-unités exclues de la récolte et le pourcentage d exclusion Tableau 22: Caractérisation du procédé de récolte incluant le nombre de balles fabriquées par parcelle, la biomasse totale récoltée (t MH, t MS), la teneur en eau (TEE) et la densité des balles Tableau 23: Caractérisation du procédé de récolte incluant la productivité et la consommation de carburant du Biobaler WB 55 dans les friches XI

12 Tableau 24: Pertes de biomasse non récoltée en quatre catégories : les longs débris >15 cm au sol, la biomasse non coupée et restée attachée à la souche, les débris fins 15 cm au sol et amas suivant le dépôt des balles Tableau 25: Biomasse prédite par ha par essence en faisant l extrapolation simple Tableau 26: Prédiction de la biomasse totale (t MS/ha) en utilisant les valeurs moyennes de DB et DHP mesurés par quadrat (surface de 0,25 m²) et en extrapolant pour la surface complète de chaque parcelle Tableau 27: Prédiction de la biomasse totale (t MS/ha) en utilisant les valeurs médianes de DB et DHP mesurées par quadrat (surface de 0,25 m²) et en extrapolant pour la surface complète de chaque parcelle Tableau 28: Biomasse aérienne totale mesurée, rendement et taux de croissance annualisés en supposant 20 années de croissance Tableau 29: Carbone organique et azote total de séries de sols mesurés sur des friches en 2011 et sur des terres agricoles en 1976, dans le même comté de Portneuf Tableaux des annexes Tableau A. 1: Résultats de l analyse de la végétation avant récolte de friches agricoles dans la région de La Pocatière (Lemieux, 2009; communication personnelle) Tableau A. 2: Caractérisation de la récolte de différents sites de friches agricoles et prairies naturelles abandonnées de la région de La Pocatière, Abitibi, Ontario et Minnesota (Savoie et al., 2012) Tableau A. 3: Données brutes des analyses des échantillons individuelles pour l analyse des classes texturales et composantes chimiques des sols étudiés Tableau A. 4: Données brutes de l analyse chimiques des sols étudiés Tableau A. 5: Test d hypothèse d égalité des moyennes du contenu en azote total entre les parcelles Tableau A. 6: Test d'hypothèse de la moyenne du contenu en azote minéral NO 3 = Tableau A. 7: Test de Bonferroni en ce qui concerne la composante azote total Tableau A. 8: Test de Bonferroni pour les groupements en ce qui concerne la composante azote minérale NO Tableau A. 9: Analyse et valeurs des coefficients de Pearson Tableau A. 10: Données destructives pour l amélanchier Tableau A. 11: Données destructives pour l aulne Tableau A. 12: Données destructives pour le cerisier tardif Tableau A. 13: Données destructives pour le cornouiller stolonifère Tableau A. 14: Données destructives pour l érable rouge Tableau A. 15: Données destructives pour le frêne rouge de Pennsylvanie Tableau A. 16: Données destructives pour le peuplier faux-tremble Tableau A. 17: Données destructives pour le pommier sauvage Tableau A. 18: Données destructives pour le saule Tableau A. 19: Données destructives pour la viorne trilobée Tableau A. 20: Données destructives pour l aubépine XII

13 Tableau A. 21: Modèles de prédiction de la biomasse par tige individuelle issus de la littérature retenus pour fins de comparaisons statistiques Tableau A. 22: Résultats des analyses de comparaisons T-pairé Tableau A. 23: Dates de récolte et teneurs en eau (TEE, % base humide) mesurées à l étuve à partir d échantillons de balles individuelles, identifiées par parcelle Tableau A. 24: Masse humide par balle (kg) et temps (hh:mm:ss) pour former chaque balle, sur chacune des parcelles récoltées Tableau A. 25: Données brutes des relevés des essences végétales et biomasse prédite Tableau A. 26: Données brutes des capacités de récolte de la biomasse avec le Biobaler (résultats observés et prédictions selon les modèles log et linéaire de Savoie et al Tableau A. 27: Données brutes des consommations de carburant avec le Biobaler fonction des rendements de récolte (résultats observés et prédictions selon le modèle log de Savoie et al. (2012)) Tableau A. 28: Données brutes des consommations de carburant avec le Biobaler fonction de la capacité de récolte (résultats observés et prédictions selon le modèle log de Savoie et al. (2012)).233 Tableau A. 29: Données brutes de la densité des balles observées (y) et capacité de récolte (x) (résultats observés et prédiction selon le modèle linéaire de Savoie et al. (2012)) Tableau A. 30: Résultats des analyses statistiques (test de t pairé) pour la capacité de récolte en fonction des rendements (modèle log) entre les mesures observées sur le site de Saint-Augustin-de- Desmaures et les modèles de prédiction connus de Savoie et al. (2012) Tableau A. 31: Résultats des analyses statistiques (test de t pairé) pour la capacité de récolte en fonction des rendements (modèle linéaire) entre les mesures observées sur le site de Saint-Augustinde-Desmaures et les modèles de prédiction connus de Savoie et al. (2012) Tableau A. 32: Résultats des analyses statistiques (test de t pairé) pour la Diesel en fonction des rendements (modèle log) entre les mesures observées sur le site de Saint-Augustin-de-Desmaures et les modèles de prédiction connus de Savoie et al. (2012) Tableau A. 33: Résultats des analyses statistiques (test de t pairé) pour la Diesel en fonction de la capacité (modèle linéaire) entre les mesures observées sur le site de Saint-Augustin-de-Desmaures et les modèles de prédiction connus de Savoie et al. (2012) Tableau A. 34: Résultats des analyses statistiques pour la Densité fonction de la capacité (modèle linéaire) entre les mesures observées sur le site de Saint-Augustin-de-Desmaures et les modèles de prédiction connus de Savoie et al. (2012) XIII

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15 Liste des figures Figure 1: Évolution de la superficie de terres agricoles et prairies en abandon entre 1700 et Figure 2: Fréquence du type de formation végétale en fonction de la surface des milieux agricoles abandonnés (Marceau et al., 2002) Figure 3: Couverture végétale spécifique en fonction du temps depuis l'abandon des activités culturales. A) Les espèces non endémiques; B) les espèces non endémiques en champs agricoles suivant l abandon. Les valeurs sont exprimées en tant que proportion du total (Cramer et Hobbs, 2007) Figure 4: Aperçu du phénomène de succession selon le temps après l abandon des activités de culture de la terre (adapté de Cramer et Hobbs, 2007) Figure 5: Les différentes formes structurales aériennes d envahissement des terres en friches Figure 6: Schéma de classification des formations et détermination des classes Figure 7: Système de surfaces emboîtées pour déterminer l aire minimale (Whittaker, 1973) Figure 8: Niveaux de la matière organique (8-a) et du carbone total (8-b) dans le sol suivant l abandon du travail du sol et l implantation d une succession végétale selon Zhang et al. (2010). 20 Figure 9: Évolution de la teneur en azote total (TN) du sol (%) et du ratio C : N par rapport au temps en années, selon Zhang et al. (2010) Figure 10: Biomasse aérienne d arbustes de saules exempts de feuilles, estimée selon différentes méthodes (adapté de Hytönen et al. (1987) Figure 11: Développement aérien d'une végétation arbustive type de terre marginale A) large couverture B) multiplicité de tiges émergentes d'une souche unique C) souches non représentatives de la biomasse aérienne (Zhou et al., 2007) Figure 12: La production naturelle aérienne sur toutes les terres est estimée en supposant que 50 % de la biomasse accumulée est sous forme aérienne. (Campbell et al. 2008) Figure 13 : Rendement (t MS/ha) des différents milieux naturels de l'état du Minnesota (Hébert, 2010) Figure 14: Technique de contrôle par le brûlage dirigé Figure 15: Débroussailleur forestier de modèle Tree Terminator à lame fixe Figure 16: Râteau andaineur sur pelle hydraulique (Plaisance Équipements) Figure 17: Pelle hydraulique munie d'un rouleau débroussailleur horizontal Denis-Cimaf Figure 18: Broyeur forestier automoteur de grande puissance Galotrax 500 (Plaisance Équipements) Figure 19: Broyeur forestier stationnaire à alimentation verticale Morbark Figure 20: Broyeur forestier Meri Crushers de Hakmet équipement Figure 21: Biobaler en travail de récolte sur terres agricoles abandonnées Figure 22: Orthophoto avec superposition (en vert) des données topographiques prises en 2008 de la zone étudiée (résolution 30 cm). Les lignes rouges (entre 75 et 95 m) indiquent l élévation par rapport au niveau de la mer Figure 23: Image aérienne à l échelle 1 : prise en Figure 24: Image aérienne à l échelle 1 : prise en XV

16 Figure 25: Précipitations totales enregistrées entre 2008 et 2012 pour les mois compris entre mai et décembre Figure 26: Image satellitaire rapprochée et identification des zones d étude Figure 27: Carte d étude pédologique et légende de la zone d étude prise dans le comté de Portneuf (1976) Figure 28: Dispositif expérimental Figure 29: Collecte des mesures diamétrales et hauteur des essences selon la morphologie à la hauteur basale (à 0,10 m du sol) (adaptée de Thiffault et al., 2011) Figure 30: Déchiquetage des tiges afin d en mesurer la masse Figure 31: Aperçu de la biomasse déchiquetée Figure 32: Opération de la récolteuse en mode déporté Figure 33: Opération de la récolteuse en mode aligné Figure 34 : Schéma de fonctionnement du Biobaler WB-55 (Hébert, 2012) Figure 35: Opération de pesée de balles Figure 36: Fragments ( 15 cm) de résidus de récolte au sol Figure 37: Fragments (>15 cm long) de biomasse laissées au sol après la récolte Figure 38: Amas de biomasses généré à chaque opération de dépôt de balle au sol Figure 39: Biomasse sous forme de fragments non coupés à partir de la souche Figure 40: Manière de mesurer les pertes à la récolte Figure 41: Fonctionnement du procédé de récolte par le Biobaler (Hébert, 2012) Figure 42: Teneur en NH 4 + et NO 3 - des parcelles Figure 43: Régression de l'azote total (mg/kg) en fonction du carbone organique (%) Figure 44: Formation herbacée (site #4) Figure 45: formation de type herbacée-ligneux bas (site #8) Figure 46: Formation de type ligneux haut (site #5) Figure 47: Biobaler en pleine récolte et contournant les plus gros arbres Figure 48: Biobaler enlisé dans la boue Figure 49: Pertes relatives en fonction du rendement récolté Figure 50: Parcelle #6 avant la récolte avec comme caractéristiques en arrière-plan une végétation arbustive haute et dense Figure 51: Parcelle #6 après la récolte de la biomasse avec une présence résiduelle d arbres de plus gros diamètre Figure 52: Biomasse aérienne et souterraine (Mg/ha) suivant l état d abandon d un sol (Hooker et Compton, 2003) Figure 53: Pertes importantes de biomasse aérienne suivant l acharnement à récolter des tiges à fort diamètre à la parcelle # Figure 54: Tiges résiduelles de DHP > 100 mm et de 15 années d âge à la parcelle # Figure 55: Parcelle #7 complètement nettoyée de sa biomasse aérienne arbustive XVI

17 Figures des annexes Figure A. 1: MS de tiges d amélanchier en fonction du diamètre à la base Figure A. 2: MS de tiges d aulne en fonction du diamètre à la base Figure A. 3: MS de tiges d aulne en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 4 : MS de tiges de cerisier tardif en fonction du diamètre à la base Figure A. 5: MS de tiges de cerisier tardif en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 6: MS de tiges de cornouiller stolonifère en fonction du diamètre à la base Figure A. 7: MS de tiges de l érable rouge en fonction du diamètre à la base Figure A. 8: MS de tiges de l érable rouge en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 9: MS de tiges de frêne rouge de Pennsylvanie en fonction du diamètre à la base Figure A. 10: MS de tiges de frêne rouge de Pennsylvanie en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 11: MS de tiges de peuplier faux- tremble en fonction du diamètre à la base Figure A. 12: MS de tiges de peuplier faux- tremble en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 13: MS de tiges de pommier sauvage en fonction du diamètre à la base Figure A. 14: MS de tiges de pommier sauvage en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 15: MS de tiges de saule sauvage en fonction du diamètre à la base Figure A. 16: MS de tiges de saule sauvage en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 17: MS de tiges de viorne trilobée en fonction du diamètre à la base Figure A. 18: MS de tiges de viorne trilobée en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 19: MS de tiges d aubépine en fonction du diamètre à la base Figure A. 20: MS de tiges d aubépine en fonction du diamètre à hauteur de poitrine Figure A. 21: Relation entre la capacité de récolte mesurées (y) fonction des rendements récoltés (x) sur le site de St-Augustin Figure A. 22: Relations de régression connues entre la capacité de récolte (y) et les rendements récoltés (x) en milieux naturels de Savoie (2012) Figure A. 23: Relation entre la consommation de carburant mesurées (y) fonction des rendements récoltés(x) sur le site de St-Augustin Figure A. 24: Relation de régression connue entre la consommation de carburant et rendements récoltés en milieux naturels de Savoie (2012; Non publié) Figure A. 25: Relation entre la consommation de carburant mesurées (y) fonction de la capacité de récolte (x) sur le site de St-Augustin Figure A. 26: Relation de régression connue entre la consommation de carburant (y) et capacité de récolte (x) en milieux naturels de Savoie (2012) Figure A. 27: Relation entre la densité des balles mesurées (y) fonction de la capacité de récolte (x) sur le site de St-Augustin Figure A. 28: Relation de régression connue entre la densité des balles mesurées (y) et capacité de récolte (x) en milieux naturels de Savoie (2012) XVII

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19 Liste des abréviations des unités de mesure Abréviation (français) Signification Abréviation (anglais) an année yr b.h. base humide w.b. b.s. base sèche d.b. C carbone C C/N Rapport carbone sur azote total C:N EXP Fonction exponentielle EXP ln Log base e (2,71828) ln DB Diamètre à la base BD DHP Diamètre à hauteur de poitrine DBH cm centimètre cm g gramme g h heure h ha hectare ha hp puissance (cheval-vapeur) hp HMP Heure-machine productive PMH kg kilogramme kg km kilomètre km kw kilowatt kw l litre l m mètre m m 2 mètre carré m 2 m 3 mètre cube m 3 MH matière humide WM min minute min mm millimètre mm MS matière sèche DM MO Matière organique OM N Azote N NH 4 Ammonium NH 4 ph potentiel d hydrogène ph po pouce in RPM rotation par minute RPM t tonne t W Watt W $ dollar canadien $ % pourcentage % C degré Celsius C XIX

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21 Avant-Propos Tout d abord, je désire exprimer mes remerciements à mon directeur de recherche, M. Philippe Savoie, professeur associé au Département des sols et de génie agroalimentaire (SGA) de l Université Laval et chercheur scientifique au Centre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures d'agriculture et Agroalimentaire Canada, pour l aide compétente qu il m a apportée, pour son sens critique ainsi que pour tous ses conseils avisés qui m'ont été très précieux afin de peaufiner mon travail. L esprit d équipe du groupe de recherche a également permis d entretenir un climat d encouragement et de relever de nombreux défis. Mon implication dans divers projets connexes à mes activités de recherche m a permis de me positionner à l avant-garde dans mon domaine d étude et donc je recommande cette expérience d étude à quiconque désirerait poursuivre des études graduées. Également en première ligne dans la codirection de ce travail de recherche, M. Steeve Pépin, professeur agrégé au département SGA, a apporté une contribution indispensable. Alors, mes remerciements sincères. Un remerciement spécial à Ressources Naturelles Canada et au Réseau canadien d'innovation dans la biomasse pour leur support financier à la recherche. Ensuite, je tiens à remercier tout particulièrement M. Pierre Luc Hébert, étudiant gradué de l Université Laval, collègue et ami, pour sa précieuse collaboration lors des essais de récolte, pour nos nombreuses discussions ainsi que pour son soutien moral ainsi que M. Daniel Marcotte, technicien expert au Département SGA pour les analyses de sols. Également, un merci à M. Joey Villeneuve, M. René Morissette, M. Marc-Antoine Robert, Mme Emmanuelle Caron, M. Pierre-Luc Lizotte, des collaborateurs indispensables d Agriculture et Agroalimentaire Canada. De surcroît, je veux remercier Le Groupe Anderson pour avoir contribué au soutien technique lors des essais de récolte. À vous tous, je souhaite exprimer ma reconnaissance pour votre soutien et je vous adresse un merci des plus sincères. XXI

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23 Chapitre 1 : Introduction Les plantes arbustives sont abondantes en milieux naturels. De plus, elles peuvent devenir une culture intéressante sur des terres non essentielles à la culture du fourrage et de la nourriture. Dans plusieurs pays, les plantes arbustives naturelles sont parfois considérées comme une nuisance, car elles envahissent les terres agricoles, les sous-bois et les plaines. On doit les couper régulièrement pour minimiser les risques de feux spontanés incontrôlés, mais leur faible densité fait en sorte qu on les brûle souvent sur place sans aucune valorisation énergétique. Par ailleurs, certaines terres abandonnées peuvent servir à l implantation de taillis cultivés en courte rotation et à d autres espèces arbustives à croissance rapide tels le saule ou les peupliers hybrides pour une collecte cyclique de biomasse, soit à tous les deux, trois ou quatre ans. Autant que possible, la culture du saule et du peuplier hybride doit être faite sur des terres marginales afin de ne pas faire compétition à la demande alimentaire. À cet égard, Benjamin et al. (2006) ont démontré que les friches constituent une utilisation des sols qui est mal perçue dans la communauté agricole et que les plantations en taillis soulèvent l intérêt par leur apparence de milieux propres, plaisants, utiles et pouvant susciter la fierté. Cependant, la recherche d un équilibre entre les critères agricoles, économiques et environnementaux est indispensable quel que soit le type d aménagement souhaité. Le milieu agricole n échappe pas à cette tendance et nul ne conteste le lien étroit qui existe entre l agriculture et son environnement. L optimisation de la chaîne de valorisation de la biomasse s avère être un élément important pour la continuité des travaux dans cette voie à plus long terme. Or, l impact des différentes pratiques sur les sols et les techniques de culture/récolte à privilégier ont peu été étudiés. En déterminant des critères environnementaux et développant des techniques optimales de travail, il serait possible de rallier les objectifs des différents intervenants. Cette optimisation pourrait être atteinte en intégrant de nouvelles pratiques adaptées aux besoins de la filière de la biomasse. Par exemple, des regroupements locaux s organisent pour la mise en valeur de ressources terrières abandonnées de l agriculture, mais le manque de connaissance sur les sols, les techniques, les coûts et les marchés limite l ampleur des projets. 1