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Rencontre Thèses des bois - Bordeaux - 30/01/2009 Page 1
Jérôme MOREAU - FCBA
Impact de pratiques sylvicoles intensives sur les propriétés technologiques des sciages de pin maritime
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Contexte
En Aquitaine, à partir des années 1960, changements importants des techniques sylvicoles
A côté de peuplements anciens issus de régénération naturelle, de nouveaux types de peuplements se sont succédés = la « ligniculture »
Peu de données technologiques sur cette ressource, sachant que les caractéristiques du bois sont profondément affectées par les méthodes de culture de la forêt
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0123456789
10
2005 2010 2015 2020
Vol
ume
ré
colté
(M
m3)
Lignicul ture Régénération naturel le
Contexte
35 % 36 %
51%
66 %
Récolte annuelle de bois rond en Aquitaine : évolution prévisionnelle de la proportion de bois issus de ligniculture (contexte avant tempête du 24/01/2009)
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Objectifs
Modéliser l’impact de la ligniculture sur les propriétés technologiques du pin maritime
Créer un outil de simulation des caractéristiques du matériau bois produit en ligniculture
Prédire l’impact technico-économique de différentes
modalités de croissance et d’objectifs de production
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Définition des itinéraires sylvicoles retenus pour l’étude
Sélection des parcelles, Identification arbres échantillonnés
Exploitation, caractérisation morphologique et prélèvements
Modélisation Croissance- Qualité
Application à la ressource régionale
Déroulement du projet
Mars 07
Avril 07 / Juillet 07
Juin 07 / Août 08
Sept 08 / …
Mars 09
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0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
10 20 30 40 50 60
Age
Vu
(m3)
F+
F-
Scénarios sylvicoles étudiés
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
10 20 30 40 50 60
Age
Vu
(m3)
F+
F-
Parcellessélectionnées
Sore 1
Sore 10 Machicq
Liposthey 1, 2
Le Rousset
Le Nezer
Les Tucs
Campo
Melet
Captieux
Scénarios sylvicoles étudiés et parcelles sélectionnées pour l’étude
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Données dendrométriques des arbres sélectionnés
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
Volume unitaire (m3)
Ac
cro
iss
em
en
t e
n c
irc
on
fére
nc
e (
cm
/an
)
Accroissement en circonférence en fonction du volume unitaire pour les 168 arbres sélectionnés
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Sélection des arbres et prélèvements
Sélection de 12 arbres sans défaut majeur par parcelle
Réalisation de mesures dendrométriques
4 arbres par parcelle découpés en disques (56 arbres abattus, 1212 disques prélevés)
8 arbres billonnés par parcelle
(112 arbres abattus, 653 billons façonnés, 1200 disques prélevés)
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Mesures réalisées et objectifs
Surface de duramen durabilité
Nature des nœuds classement d’aspect des sciages
Angle du fil déformations au séchage (gauchissement)
Micro densité, module d’élasticité et contrainte à la rupture résistance mécanique
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Méthode de mesure de l’angle du fil
Méthode de mesure de la densité intra-cerne
Méthode de sciage des billons
Méthodes de mesure
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Élaboration des modèles
Établissement de modèles de la famille des modèles mixtes
• Modèles constitués d’une partie déterministe commune à l’ensemble des arbres (effets fixes) et d’une partie aléatoire qui structure et quantifie les écarts propres aux arbres par rapport à la partie déterministe
• Permet la décomposition de la variation totale du paramètre modélisé :
- variations expliquées par les effets fixes- variations expliquées par les effets parcelles- variations expliquées par les effets arbres dans parcelles
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Duramen
Profil de surface de Duramen intra-arbre et modèle réalisé
Effets fixes du modèle
Hauteur dans l’arbre, Age, Hauteur de la première branche verteS_Duramen = a*(b*AGE)*exp(-exp(a*(t0-HREL)))*exp(a*(t0-HREL))
Décomposition de la variation dans le modèle
Variations expliquées par effets fixes : 73 %
Variations dues aux effets arbres : 22 %
Variations résiduelles : 5 %
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Htrel
surf
0.00.10.20.30.40.5
0.0 0.20.4 0.60.8 1.0
103_1 103_10
0.00.2 0.40.6 0.81.0
103_2 103_3
103_4 103_5 103_6
0.00.10.20.30.40.5
103_70.00.10.20.30.40.5
103_8 103_9 104_1 104_10
104_2
0.00.2 0.40.6 0.81.0
104_3 104_4
0.0 0.20.4 0.60.8 1.0
0.00.10.20.30.40.5
104_5
fixed N.arbre
Modélisation taux surfacique de duramen : Illustration de l’effet arbre
Hauteur relative
Sur
face
de
Dur
amen
Duramen
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Profils de Duramen intra-arbre simulés à la coupe rase pour les 6 scénarios (effets fixes uniquement)
Duramen
Scénario croissance forte (F+)
Scénario croissance faible (F-)
0,6 m3 0,9 m3 1.2 m3
0,6 m3 0,8 m3 1.1 m3
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Nature des noeuds Ligniculture sans élagage
Profil de nature des nœuds intra-arbre et modèle réalisé
Effets fixes du modèle
Hauteur dans l’arbre, Age, circonférence à 1,30 m , rapport hauteur / diamètre
Décomposition de la variation totale pour la surface de nœuds adhérents
Variations expliquées par effets fixes : 82 %
Partie mixte du modèle en cours de construction
Zone nœuds
adhérents
Zone nœuds sautants
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Profils simulés pour les scénarios identifiés (effets fixes uniquement)
Nature des nœuds : Ligniculture sans élagage
0,6 m3 0,9 m3 1.2 m3
0,6 m3 0,8 m3 1 m3
Scénario croissance forte (F+)
Scénario croissance faible (F-)
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Profils simulés pour des parcelles de régénération naturelle (données d’un projet précèdent, effets fixes uniquement)
Influence de la Hauteur de Couronne Morte pour une Circonférence à 1,30 m de 120 cm
HCM : 20% 40% 60%
Nature des nœuds : Régénération naturelle
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Angle du fil
(D’après Säll, 2002)
Variations radiales de l’angle du fil et modèle réalisé
Effets fixes du modèle
N° de cerne, Hauteur dans l’arbre
Décomposition de la variation totale Variations expliquées par effets fixes : 42 %
Partie mixte du modèle en cours de constructionH
aute
ur d
ans
l’arb
re (
m)
40 60 80 100 120
46
81
01
21
4
Angle fil (°)
Distance de la moelle (mm)
Ha
ute
ur
da
ns
l'arb
re (
m)
-10
-8
-6
-4
-2
0
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Exemple d’application du modèle pour les scénarios identifiésAngle du fil à une hauteur de 1,30 m (effets fixes uniquement)
Angle du fil
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Distance de la moelle (cm)
An
gle
du
fil
(°)
Scénario croissance forte
Scénario croissance faible
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Relation Angle du fil / Gauchissement des sciages
Gauchissement moyen mesuré après séchage pour les avivés sciés dans des billons prélevés entre 0 et 2,40 m (423 avivés), en fonction de la position radiale
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 30 70 110 150 190
Distance de la moelle (mm)
Gau
chis
sem
ent
(mm
)
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Module d’élasticité
Module d’élasticité moyen en fonction de la position radiale et de la hauteur dans l’arbre (moyenne 1050 avivés testés, provenant de 112 arbres)
0 50 100 150 200
05
10
15
MOE
Distance de la moelle
Ha
ute
ur
da
ns
l'arb
re
5
6
7
8
9
10
11
12
(MPa)
Distance de la moelle (mm)
(m)
Effets fixes du modèle
Distance de la moelle, Hauteur dans l’arbre, vitesse de croissance arbre, hauteur branche morte
Décomposition de la variation totale Variations expliquées par effets fixes : 30 %
Partie mixte du modèle en cours de construction
Ha
ute
ur
da
ns
l’arb
re
(m)
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05
10
15
Distance de la moelle (mm)
Ha
ute
ur
da
ns
l'arb
re (
m)
4
6
8
10
12
0 50 100 150 2000
51
01
5
Distance de la moelle (mm)
Ha
ute
ur
da
ns
l'arb
re (
m)
4
6
8
10
12
MOE simulés pour les scénarios identifiés
0,6 m3 0,8 m3 1 m3
Scénario croissance forte (F+)
Scénario croissance faible (F-)
Module d’élasticité
0 50 100 150 200
05
10
15
Distance de la moelle (mm)
Ha
ute
ur
da
ns l'
arb
re (
m)
4
6
8
10
12
0 50 100 150 200
05
10
15
Distance de la moelle (mm)
Ha
ute
ur
da
ns
l'arb
re (
m)
4
6
8
10
12
0,6 m3 0,9 m3 1.2 m3
0 50 100 150 200
05
10
15
Distance de la moelle (mm)
Ha
ute
ur
da
ns
l'arb
re (
m)
4
6
8
10
12
0 50 100 150 200
05
10
15
Distance de la moelle (mm)
Ha
ute
ur
da
ns
l'arb
re (
m)
4
6
8
10
12
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0 50 100 150 200
05
10
15
MV12
Distance de la moelle
Ha
ute
ur
da
ns
l'arb
re
400
450
500
Masse volumique à 12% d’humidité
Mv12 en fonction de la position radiale et de la hauteur dans l’arbre (moyenne 1050 avivés testés, provenant de 112 arbres)
(m)
Distance de la moelle (mm)
Effets fixes du modèle
Distance de la moelle, Hauteur dans l’arbre, vitesse de croissance arbre, hauteur branche verte
Décomposition de la variation totale Variations expliquées par effets fixes : 36 %
Partie mixte du modèle en cours de construction
Hau
teur
dan
s l’a
rbre
(m
)
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Biens livrables, retour attendu pour la profession
• Modèles de variation des propriétés de base du matériau, données qualitatives et technologiques de la ressource
• Sylviculteurs
Évaluation de l’influence des pratiques sylvicoles sur les propriétés du matériau bois
• Exploitants / Exploitants-scieurs
Grilles d’estimation de la qualité des peuplements
Nature des nœuds
Performance technologique (stabilité dimensionnelle, résistance mécanique,…)