Dissertationen zum Thema „Meubles en bois – Qualité – Contrôle“

Ce projet a pour but de développer une méthode permettant la quantification des différences de la couleur dans les panneaux de bois massif destinés à la production de meubles ou de composants de meubles, pour l'industrie du meuble du Québec. Le but ultime est subséquemment de développer des procédures standardisées pour identifier des catégories de différences de couleur, à partir de critères objectifs de mesure. Cette étude vise quatre essences parmi les plus utilisées dans l'industrie au Québec, le bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britton), le bouleau blanc (Betula papyrifera Marsh.), l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et l'érable rouge (Acer rubrum L). Cette étude se veut un premier pas vers l'établissement d'un standard de couleur dans l'industrie du meuble et dans l'automatisation de l'appariement des panneaux de bois massif.

Dans le domaine de l'ameublement, garantir la sécurité des structures conformément aux normes européennes représente un enjeu important pour les fabricants de meubles. Avant leur commercialisation, les meubles sont soumis à des tests de validation normalisés, qui ne permettent de connaître leur comportement mécanique qu'a posteriori. Cette thèse vise à développer des outils de modélisation et de simulation numérique pour prédire la rupture par fissuration au niveau des connexions entre les éléments de meuble. Pour atteindre cet objectif, l'approche méthodologique combine la modélisation et la simulation numérique avec des essais expérimentaux. Elle utilise la méthode des éléments finis couplée à des modèles de rupture/endommagement par champ de phase pour simuler la fissuration dans des matériaux élastiques linéaires isotropes et anisotropes, dans un cadre déterministe et probabiliste. Une campagne d'essais expérimentaux est menée sur des échantillons d'épicéa troués soumis en compression uniaxiale, afin de reproduire les mécanismes de fissuration observés dans des structures réelles, notamment dans les connexions de lits en hauteur. Une procédure d'identification est développée et mise en place pour caractériser les propriétés élastiques et d'endommagement de l'épicéa, en exploitant notamment des mesures expérimentales de champs de déplacement obtenues par corrélation d'images numériques. Une méthode d'accélération des simulations d'endommagement par champ de phase est proposée pour réduire leur coût élevé en temps de calcul. Cette approche permet de prédire, indépendamment du type de connexions, le déplacement ou la force critique précédant l'amorçage de la fissuration. Les résultats numériques indiquent que, sous réserve d'appliquer des conditions aux limites réalistes et d'avoir correctement identifié les propriétés du matériau, le critère d'amorçage de fissure s'avère utile pour prédire l'emplacement des zones potentiellement endommagées/fissurées et fournir un ordre de grandeur cohérent pour l'effort ou le déplacement nécessaire à l'initiation de la fissuration. Ce critère requiert seulement une unique simulation dans le domaine élastique linéaire, suivi d'un post-traitement avec un modèle d'endommagement par champ de phase, afin de faciliter son utilisation dans un contexte industriel, en particulier le secteur de l'ameublement. Les outils numériques développés, accessibles en open source, pourraient aider les industriels de l'ameublement à prédire la rupture fragile dans le bois et à optimiser la conception des meubles, tout en garantissant la conformité aux normes de sécurité
In the furniture industry, ensuring the safety of structures in accordance with European standards presents a significant challenge for furniture manufacturers. Before commercialization, furniture are subjected to standardized validation tests, which only allow for a retrospective understanding of its mechanical behavior. This thesis aims to develop modeling and numerical simulation tools to predict the cracking failure mechanism at the connections between furniture elements. To achieve this objective, the methodological approach combines modeling and numerical simulation with experimental testing. It employs the finite element method coupled with phase-field fracture/damage models to simulate cracking in linear elastic isotropic and anisotropic materials within a deterministic and probabilistic framework. An experimental testing campaign is conducted on perforated spruce wood samples subjected to uniaxial compression to reproduce the cracking mechanisms observed in real structures, particularly in the connections of high loft beds. An identification procedure is developed and implemented to characterize the elastic and damage properties of spruce wood, in particular by exploiting experimental displacement field measurements obtained through digital image correlation. A method for accelerating phase-field damage simulations is proposed to reduce their high computational cost. This approach allows for the prediction, independently of the type of connections, of the displacement or critical force preceding crack initiation. The numerical results indicate that, provided realistic boundary conditions are applied and the material properties are correctly identified, the crack initiation criterion is useful for predicting the location of potentially damaged/cracked areas and providing a consistent order of magnitude of the force or displacement required to initiate cracking. This criterion only requires a single linear elastic simulation, followed by a post-processing with a phase-field damage model, to facilitate its use in an industrial context, in particular the furniture sector. The numerical tools developed, available in open source, could help furniture manufacturers to predict brittle fracture in wood and optimize furniture design, while guaranteeing compliance with safety standards

Le présent travail a eu comme objectif d'étudier l'influence de la hauteur et de la largeur du coupe sur la qualité de surface des équarris d'épinette noire produits par une équarrisseuse-fragmenteuse. Des billes de trois classes de diamètre ont été équarries selon deux largeurs de coupe chacune. Cette expérience fut répétée l'été et l'hiver afin d'étudier l'effet de l'usinage de billes gelées et non gelées sur la qualité de surface du bois. Cette qualité fut analysée en fonction des paramètres standards de rugosité et d'ondulation et de la profondeur du fil arraché. Les profils de rugosité et d'ondulation ont été pris selon les directions longitudinale et transversale au fil du bois. Les résultats ont montré des effets significatifs de la hauteur de coupe, la largeur de coupe et la température des billes sur la qualité de surface des équarris. Plus précisément, une augmentation de la hauteur de coupe a provoqué une augmentation de la rugosité longitudinale et transversale ainsi que de l'ondulation transversale du bois. Par contre, l'ondulation longitudinale diminua avec l'augmentation de la hauteur de coupe. La largeur de coupe a affecté également l'ondulation et la rugosité transversales du bois ainsi que la profondeur du fil arraché. La surface était plus rugueuse, plus ondulée et le fil arraché plus profond lorsque la largeur de coupe était plus grande. L'effet de la saison fut aussi très significatif: la rugosité et l'ondulation ont été supérieures à l'hiver qu'à l'été. Les résultats ont aussi montré que la rugosité et l'ondulation augmentent à mesure que la coupe avance vers le gros bout de la bille, ce qui est provoqué par l'augmentation constante de la hauteur et largeur de coupe. Également, la qualité de surface fut meilleure au début de la course qu'à la fin de la course de chaque couteau, c'est-à-dire, les surfaces étaient plus lisses en haut qu'en bas de l'équarri. L'orientation de l'arête tranchante par rapport au fil du bois devient de plus en plus oblique près de sa sortie de la bille, ce que nuit à la qualité de la surface. Finalement, une corrélation positive fut obtenue entre la rugosité, l'ondulation et le fil arraché. Ainsi, l'optimisation de l'usinage de la machine peut se faire en visant d'améliorer un seul paramètre de qualité.

Le but du présent projet vise à déterminer les effets de l’angle d’attaque, de l’orientation de coupe et de la profondeur de coupe, sur les efforts de coupe et la qualité de surface pendant l’équarrissage du bois d’épinette noire. Pour ce faire, l’étude a comporté deux volets. Le premier volet visait à déterminer les efforts de coupe avec un dynamomètre triaxial (placé sur la table d’amenage d’une fraiseuse ayant un angle de couteau de 20° et une vitesse d’avance de 7.6 mm/s), lors des coupes faites avec 4 angles d’attaque (35°, 45°, 55° et 65°), 4 orientations (0°-90°, 15°-75°, 30°-60° et 45°-45°) et 3 profondeurs (1, 2 et 3 mm). Le deuxième volet comportait la mesure de la qualité de la surface obtenue avec un profilomètre confocal muni d’un stylo optique ayant une profondeur de champ de 24 mm. Les critères d’évaluation furent le fil arraché, l’ondulation et la rugosité. Les résultats ont montré qu’au fur et à mesure que l’angle d’attaque augmente, les efforts de coupe, le fil arraché, l’ondulation et la qualité de surface diminuent. L’angle d’attaque de 65º a produit les efforts de coupe les plus faibles et les meilleures qualités de surface, indépendamment de l’orientation et de la profondeur de coupe. Les effets de la profondeur de coupe sur la variation des efforts de coupe et de la qualité de surface furent plus importants que ceux de l’orientation de coupe. Ainsi, au fur et à mesure que la profondeur diminue, les effets de l’orientation de coupe sur les efforts de coupe et la qualité de surface se retrouvent amoindris. L’application de ces résultats au travail d’une équarrisseuse-fragmenteuse est analysée.

Il est généralement admis que le traitement thermique du bois par pyrolyse douce améliore la durabilité au niveau fongique. Cette amélioration est généralement expliquée par 4 hypothèses: une faible affinité du bois traité thermiquement vis-à-vis de l'eau, une génération des composés toxiques, une modification chimique des principaux polymère du bois et la dégradation chimique des hémicelluloses. Afin de tester ces quatre hypothèses, nous avons suivi différents paramètres tels que la perte de masse, la mouillabilité, la composition chimique du bois de hêtre traité thermiquement ainsi que la résistance fongique vis-à-vis de Coriolus versicolor. Parmi les 4 hypothèsses de départ 2 peuvent être écartées: composé toxique et mouillabilité. L'hypothèse la plus probable, expliquant l'amélioration de la durabilité fongique concerne la dégradation des hémicelluloses et la modification du réseau polymère de la lignine. D'autre part les résultats montrent une bonne corrélation entre la fraction massique dégradée et la résistance fongique. Cette corrélation constitue une première méthode à mettre en œuvre pour développer un contrôle qualité à l'échelle industrielle
It is generally accepted that thermal treatment of wood by mild pyrolysis improved its durability to fungal degradation. This improvement is generally explained by 4 hypothesis: the low affinity of heat-treated wood to water, the generation of toxic compounds, the chemical modification of the main wood polymers and the degradation of hemicelluloses. Ln order to confirm or flot the previous hypothesis, the durability of heat-treated beech wood towards Coriolus versicolor was evaluated according to different parameters like mass, wettability or chemical composition. There was insufficient evidence to support the hypothesis for the generation of fungicidal compounds or for the hydrophobie character. The most plausible hypothesis concerns its chemical modifications. Indeed, degradation of hemicelluloses associated to lignin chemical modifications could be at the origin of improved durability. Moreover the results show a good correlation between the weight loss during the treatment and the fungal durability. From this correlation we propose a quality contrai for the thermal treatment

L'étanchéité des bois des chênes sessile et pédonculé dans la direction longitudinale dépend de la quantité et de la qualité de la thyllose. Depuis quelques années, un taux de fuite anormalement élevé dans les barriques fabriquées a été noté. Une étude expérimentale a été menée sur deux tonneaux non étanches et les fuites observées ont donné lieu à une exploration fine des voies de passage du liquide coloré à l'intérieur des douelles défectueuses. Nous avons pu mettre en relation une thyllose faible ou absente avec une migration de liquide qui peut s'effectuer sur toute la longueur d'une douelle. Par ailleurs, une production spéciale de merrains a été réalisée afin de comprendre l'influence de la hauteur dans l'arbre, de l'âge cambial, de l'arrosage et des différents paramètres de maturation des merrains (temps, position dans la palette) sur la perméabilité et la thyllose. Il a été nécessaire de mettre au point une méthode pour évaluer quantitativement la thyllose. Deux méthodes sont utilisées : La première repose sur l'observation anatomique et la propriété des vaisseaux non obstrués ou partiellement obstrués par des thylles de laisser filtrer la lumière. La seconde consiste à réaliser des mesures de la perméabilité à l'air sur des éprouvettes cylindriques taillées dans la direction longitudinale. L'infradensité des échantillons a été également mesuré. Les observations en Microscopie Électronique à Balayage ont permis d'étudier la structure fine des thylles et de déceler la présence de spores et d'hyphes mycéliens. Les résultats sont analysés avec un logiciel de traitement statistique des données. Nous avons pu déterminer l'effet néfaste des développements microbiologiques, en particulier des champignons, sur la perméabilité longitudinale et la quantité de la thyllose du bois en cas de maturation trop longue
The tightness of wood sessile and pedunculate oaks in the longitudinal direction depends on the quantity and quality of tylosis. In recent years, an unusually high rate of leak in barrels made was noted. An experimental study was conducted on two barrels leaking and leakage observed resulted in a fine exploration of the pathways of the colored liquid inside the defective staves. We were able to connect a low tylosis with migration of liquid that can be done along the length of a stave. In addition, a special production of staves was conducted to understand the influence of the height in the tree, the cambial age, watering and curing parameters of staves (time, position in the stack) on the permeability and thyllose. It was necessary to develop a method to quantify the tylosis. Two methods are used: The first observation is based on anatomical and ownership of vessels not blocked or partially blocked by tylosis to let light through. The second is to take measurements of air permeability on cylindrical cut in the longitudinal direction. Infradensity of the samples were also measured. The observations in Scanning Electron Microscopy were used to examine the fine structure of tylosis and the presence of spores and mycelial hyphae. The results are analyzed with a software statistical processing of data. We were able to determine the adverse effect of microbiological growth, especially fungi, the longitudinal permeability and the amount of tylosis timber if too long maturation

Les forêts feuillues tempérées du sud du Québec ont une grande importance économique, car elles sont la principale source d’approvisionnement des industries des produits d'apparence en bois. Toutefois, la difficulté de relier l’apparence externe d’un arbre à la qualité interne de son bois engendre des incertitudes liées à l’approvisionnement, puisque la qualité des bois sélectionnés pour la récolte peut ne pas correspondre aux besoins réels des usines de transformation. L’objectif principal de ce projet était d’améliorer les prévisions des caractéristiques des approvisionnements de bois feuillu en reliant l’évaluation de la qualité des arbres sur pied à la composition du panier de produits transformés et à sa valeur monétaire. Un des facteurs internes qui affecte la valeur des sciages d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et de bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.) est la présence d’une zone de couleur brun-rougeâtre au centre de la tige, appelée coloration de cœur. Un échantillonnage dans 12 localisations de la zone tempérée du sud du Québec a montré que les différences régionales de la proportion radiale de la zone colorée chez ces deux espèces étaient principalement attribuables à des facteurs liés au développement des arbres, tels que l’âge et les accroissements autour de la zone colorée. Une partie de la variabilité chez l’érable à sucre était aussi associée à la température minimale annuelle d'une localisation. Par ailleurs, l’étude de 64 érables à sucre et 32 bouleaux jaunes abattus, tronçonnés et sciés en planches a mis en évidence le fait que parmi tous les types de défaut qui doivent être pris en considération lors du marquage des arbres, les signes visibles d’infection fongique et les fentes avaient la plus grande influence négative sur la valeur des deux espèces. L’analyse des sciages a montré que la proportion des meilleurs grades augmentait avec la longueur et le diamètre des billes, ce qui fait qu’elle était plus élevée dans le bas de l’arbre. Les billes présentant une grande zone colorée ont produit davantage de bois de moindre valeur. Dans leur ensemble, ces résultats permettent d’établir des liens entre le classement visuel des arbres sur pied et la qualité de produits transformés permettant une meilleure prise de décisions liée à l’approvisionnement en bois feuillu.
Temperate deciduous forests of southern Quebec are of great economic importance because they are the main supply source of the appearance wood products industries. However, the difficulty of linking the external characteristics of a tree to the internal quality of its wood creates supply-related uncertainties, since the quality of selected trees for harvest may not correspond to the real needs of these processing industries. The main objective of this study was to improve the supply forecasts of hardwood processing industries by linking the quality assessment of standing trees to their products assortment and their monetary value. One of the most important internal factors affecting the value of sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.) lumber is the presence of a reddish-brown colored area in the center of the stem called red heartwood. Samples from 12 locations throughout the temperate zone in southern Quebec showed that regional differences in the radial proportion of the colored area in both species were mainly due to factors related to tree development, such as age and radial growth around the colored area. Part of the variability in sugar maple was also associated with the annual minimum temperature of a sampling location. In addition, the study of 64 sugar maple and 32 yellow birch trees that were harvested, bucked into logs and processed into lumber showed that among all defect types that need to be considered for tree marking, visible evidence of fungal infections and cracks had the largest negative influence on value in both species. The analysis of the lumber products assortment showed that the proportion of the best grades increased with the length and the diameter of the logs, so that it was higher at the bottom of the stem. Logs with a large red heartwood area produced more wood of lesser value. Overall, these results link the visual assessment of standing trees to the quality and value of processed products to allow better decision making in the hardwoods supply chain.

Le contrôle génétique et l'environnemental de l'angle des microfibrilles (MFA), les corrélations génétiques du MFA avec d'autres caractères du bois et de croissance, et par conséquent les implications pour la sélection sont très peu documentés pour les Eucalyptus. Les objectifs de cette étude étaient d'établir la variation spatiale du MFA, de la densité du bois (D) et de sa rigidité (E); de déterminer les relations entre MFA et propriétés du bois et enfin d'estimer le contrôle génétique et environnemental des caractères du bois et de la croissance dans le cadre de tests clonaux et de test de descendances d'Eucalyptus au Brésil et au Congo. Méthodes classiques, résonance, diffraction des rayons-X et la spectroscopie proche infrarouge ont été combinées pour évaluer les propriétés du bois. La variation du MFA représente 44% de la variation du module spécifique (E/D) du bois. La densité du bois est le principal déterminant de la rigidité et de la résistance du bois alors que le MFA joue un rôle secondaire. Les estimations de l'héritabilité sont de modéré à élevées pour le MFA, D, E, la lignine de Klason (KL) et les caractères de croissance, selon la position spatiale et le dispositif expérimental. Le contrôle génétique du MFA, D et E et leurs corrélations génétiques avec KL et la circonférence à 1.3 mètre des arbres varient avec l'âge. Les résultats suggèrent que les arbres à forte croissance sont génétiquement plus aptes à produire du bois de faible densité et un MFA plus faible pour assurer la rigidité du bois nécessaire à leur développement. La plupart des propriétés du bois sont génétiquement corrélées négativement avec la croissance, bien que corrélations génétiques favorables entre propriétés du bois sont observés. Les corrélations génétiques et environnementales sont parfois de signes opposés selon les caractères considérés. Ceci peut s'expliquer par l'effet pléiotropique des gènes et/ou par le déséquilibre de liaison. Les conséquences de ces résultats sur les stratégies de sélection sont discutées selon l'usage final du bois d'Eucalyptus.

Dans le contexte du changement climatique et de son atténuation, du développement de la bioéconomie circulaire, et d'une pression accrue qui en découle sur la ressource en bois, un des axes de recherche prioritaire est l'optimisation de la transformation de cette ressource qui peut se faire à différents niveaux. L'objectif ici est d'extraire des informations sur la qualité du bois à partir de l'analyse de sections transversales du grumes ou billons de bois en forêt ou en scierie. Pour estimer cette qualité, plusieurs caractéristiques visibles peuvent être extraites : zones d'aubier et de duramen, position de la moelle et du centre géométrique, le nombre de cernes et leur largeur. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la segmentation de la grume dans l'image. Cette segmentation rend plus simple l'analyse des autres caractéristiques et permet de localiser le centre géométrique. Pour cela, nous proposons plusieurs approches. D'abord, des méthodes classiques issues du traitement d'images sont abordées, comme la méthode des K-Means ou les contours actifs. Nous utilisons également des réseaux de neurones convolutifs. Nous montrons l'avantage des réseaux de neurones par rapport à ces deux autres méthodes. La deuxième caractéristique estimée est la zone de duramen (zone centrale plus colorée). Nous proposons une nouvelle couche d'attention pour les réseaux de neurones utilisant la morphologie mathématique moins souvent utilisée. Les couches d'attention ont permis aux réseaux d'être plus performants en se focalisant sur les informations les plus pertinentes. Dans notre cadre, l'objectif de cette couche est double : réduire la quantité de paramètres et augmenter les performances. Notre couche d'attention montre de meilleures performances par rapport à d'autres couches d'attention. Dans un troisième temps, nous proposons d'analyser les cernes. Notre méthode est en trois grandes étapes. D'abord, un lissage directionnel pour rehausser les cernes (tout en gardant au mieux les contours) et réduire à la fois la texture intracernes et les marques de sciage. Puis, un seuillage adaptatif pour déterminer les zones de cernes potentiels. Enfin, un deuxième seuillage afin d'avoir les limites de cernes. À partir de la segmentation finale, l'analyse des cernes (nombre, largeur moyenne, etc.) est rendue possible. Enfin, l'estimation de la position de la moelle est abordée. Nous proposons une nouvelle approche originale basée sur l'algorithme des colonies de fourmis pour estimer la position de la moelle. L'utilisation de cet algorithme permet de s'abstraire d'une étape habituelle, à savoir l'accumulation des normales aux tangentes des cernes. Notre méthode montre de nombreux avantages par rapport aux approches de l'état de l'art, réseaux de neurones inclus. Dans une dernière partie, nous présenterons un travail en géométrie discrète : un filtre directionnel. Il estime les segments les plus longs en tout point d'un ensemble connexe. La présentation de cet outil est fait par le biais d'un filtre. En appliquant ce filtre,nous pouvons estimer des caractéristiques géométriques à l'échelle locale. Cet outil a pour objectif d'être appliqué aux cernes
In the context of climate change and its mitigation, the development of the circular bioeconomy, and the resulting increased pressure on the wood resource, one of the priority research areas is to optimize the transformation of this resource, which can be done at different levels. The objective here is to extract information on wood quality from the analysis of cross-sections of logs or logs in the forest or in the sawmill. To estimate this quality, several visible characteristics can be extracted: sapwood and heartwood areas, position of the pith and geometric center, number of tree rings and their width. First, we are interested in the segmentation of the log in the image. This segmentation makes the analysis of other features easier and allows us to locate the geometric center. For this, we propose several approaches. First, classical methods from image processing are discussed, such as the K-Means method or active contours. We also use convolutional neural networks. We show the advantage of neural networks over the other methods. The second estimated feature is the duramen area (more colored central area). We propose a new attention layer for neural networks using the less commonly used mathematical morphology. Attention layers have allowed networks to outperform by focusing on the most relevant information. In our context, this layer has two goals: reduceing the amount of parameters and increasing performance. Our attention layer shows better performances compared to other attention layers. In the third step, we propose to analyze the tree rings. Our method is in three main steps. First, a directional smoothing to enhance the rings ( keeping the edges as well as possible) and reduce both the intra tree rings texture and the saw marks. Then, an adaptive thresholding to segment the areas of potential tree rings. Finally, a second thresholding in order to have the ring limits. From the final segmentation, the analysis of the rings (number, average width, etc.) is made possible. Finally, the estimation of the pith position is addressed. We propose a new original approach based on the ant colony algorithm to estimate the location of the pith. Using this approach allows to skip a usual step, namely the way to accumulate normals at the tree ring tangents. Our method shows many advantages compared to state-of-the-art approaches, including neural networks. In a last part, we will present a work in discrete geometry: a directional filter. It estimates the maximal digital straight segments at any point of a connected set. This work is intended to be applied to estimate some tree ring features

Ce travail de thèse se place dans le cadre d'une convention université/industrie de type CIFRE entre le CRAN et la scierie Siat-Braun. Le processus de transformation d'une scierie est divisé en deux parties. Tout d'abord, le parc à grumes tronçonne une grume en billons (bois ronds de longueur standard) qui sont triés en lots homogènes en dimensions et qualité. Ensuite, la ligne de sciage transforme ces billons en produits finis (sciages) également triés par dimensions et qualité. Le tri qualitatif des billons ayant une influence directe sur la qualité des produits finis vendus, les scieries visent à optimiser cette étape afin de réduire le taux de déclassement des produits finis. Dans cet objectif, la scierie Siat-Braun a investi dans un nouveau parc à grumes. Les travaux de cette thèse contribuent au développement et à la mise en oeuvre de ce système dédié au tri Qualité des billons. Le premier chapitre de ce mémoire positionne le projet dans la filière Bois puis explicite les contraintes et les besoins d'une scierie en termes de Qualité. Une étude bibliographique met en évidence les différents systèmes d'observation permettant la mesure des caractéristiques du bois dans le but de faire un classement qualité, aussi bien des billons que des produits finis. Le système d'observation choisi par notre partenaire industriel est ensuite présenté. L'objectif de la seconde partie du mémoire est d'expliciter et de définir la Qualité Billons pour le nouveau système de tri. Cette notion de qualité étant détenue par les opérateurs de tri, nous avons proposé d'extraire, de formaliser et de modéliser cette connaissance en utilisant la méthode NIAM-ORM. Cette méthode a permis d'obtenir deux ontologies structurées : la Qualité Billon et la Qualité Sciage que nous avons exploitées dans le chapitre 3 afin de mettre en avant 50 liens entre les deux qualités généralement appréhendées séparément. Cette étude a également permis d'extraire 34 critères pertinents pour spécifier la Qualité Billon en 9 classes, au regard de la Qualité Sciage. De plus, l'exploitation des modèles de connaissance fournit un paramétrage initial pour la mise en service du système d'observation (critères d'entrée, classes de sortie, seuils de décision). Ce paramétrage est alors éprouvé lors des premières exploitations. Les premiers tests sur les produits finis et l'exploitation des données délivrées par le capteur nous servent à valider et à affiner le paramétrage pour améliorer le classement des billons en fonction de la qualité des produits finis obtenus. Ces travaux de thèse ont donc permis de capitaliser la connaissance Experte des acteurs du projet puis d'obtenir une configuration initiale pertinente pour la première mise en service du système de tri. Les premières analyses ont permis d'améliorer le paramétrage du système de tri Qualité Billon. Dans un futur proche, nous envisageons d'approfondir l'analyse des données fournies par le système afin d'améliorer la sélection des critères pertinents
This study takes place in the frame of a university/industry convention between the CRAN and Siat-Braun sawmill. Sawmill transformation process is divided in two parts. First, the log yard cuts down stem in logs (round timber with standard length) which are sorted out in homogeneous batches by dimensions and quality. Then, the sawing line transforms those logs in end products sorted out by dimensions and quality too. The qualitative sort out of log has a direct impact on sold product quality, so sawmills try to optimize this production step in order to reduce the product downgrading rate. In this goal, Siat-Braun sawmill invested in a new log yard. This study contributes to the development and the commissioning of this system dedicated to log Quality sort out. The first chapter of this thesis places the project into wood industry then explicates sawmill constraints and needs in term of Quality. A literature review points out different observation systems allowing measurement of wood characteristics in order to make a product and log quality rankings. Observation system chosen by our industrial partner is then presented. The objective of the second chapter is to clarify and defines Log Quality to the new log yard. This quality notion being held by the sorting operator, we suggested extract, formalize and model this knowledge using NIAM-ORM method. This method allowed obtaining two structured ontologies: the Log Quality and the Product Quality which we used in the chapter three in order to underlying 50 links between both qualities usually tackle separately. This study allowed also extracting 34 relevant criteria to specify Log Quality in 9 classes, regarding Product Quality. In addition, knowledge model analysis gives an initial set up to the first commissioning of the Observation system (input criteria, output classes, decision thresholds). This set up is so proven during system exploitation. The first tests on end products and data processing delivered by the sensor are used to validate and refine the set up to improve the log sort out regarding the obtained product quality. So, this study allowed capitalizing Expert knowledge of the project actors and then, obtaining a relevant initial configuration of the sort system for the first use. First analysis allowed improving Log Quality sort out system set up. In a near future, we want to go deeper in analysis of data given by the system in order to improve relevant criteria selection

Ce travail de thèse se place dans le cadre d'une convention université/industrie de type CIFRE entre le CRAN et la scierie Siat-Braun. Le processus de transformation d'une scierie est divisé en deux parties. Tout d'abord, le parc à grumes tronçonne une grume en billons (bois ronds de longueur standard) qui sont triés en lots homogènes en dimensions et qualité. Ensuite, la ligne de sciage transforme ces billons en produits finis (sciages) également triés par dimensions et qualité. Le tri qualitatif des billons ayant une influence directe sur la qualité des produits finis vendus, les scieries visent à optimiser cette étape afin de réduire le taux de déclassement des produits finis. Dans cet objectif, la scierie Siat-Braun a investi dans un nouveau parc à grumes. Les travaux de cette thèse contribuent au développement et à la mise en oeuvre de ce système dédié au tri Qualité des billons. Le premier chapitre de ce mémoire positionne le projet dans la filière Bois puis explicite les contraintes et les besoins d'une scierie en termes de Qualité. Une étude bibliographique met en évidence les différents systèmes d'observation permettant la mesure des caractéristiques du bois dans le but de faire un classement qualité, aussi bien des billons que des produits finis. Le système d'observation choisi par notre partenaire industriel est ensuite présenté. L'objectif de la seconde partie du mémoire est d'expliciter et de définir la Qualité Billons pour le nouveau système de tri. Cette notion de qualité étant détenue par les opérateurs de tri, nous avons proposé d'extraire, de formaliser et de modéliser cette connaissance en utilisant la méthode NIAM-ORM. Cette méthode a permis d'obtenir deux ontologies structurées : la Qualité Billon et la Qualité Sciage que nous avons exploitées dans le chapitre 3 afin de mettre en avant 50 liens entre les deux qualités généralement appréhendées séparément. Cette étude a également permis d'extraire 34 critères pertinents pour spécifier la Qualité Billon en 9 classes, au regard de la Qualité Sciage. De plus, l'exploitation des modèles de connaissance fournit un paramétrage initial pour la mise en service du système d'observation (critères d'entrée, classes de sortie, seuils de décision). Ce paramétrage est alors éprouvé lors des premières exploitations. Les premiers tests sur les produits finis et l'exploitation des données délivrées par le capteur nous servent à valider et à affiner le paramétrage pour améliorer le classement des billons en fonction de la qualité des produits finis obtenus. Ces travaux de thèse ont donc permis de capitaliser la connaissance Experte des acteurs du projet puis d'obtenir une configuration initiale pertinente pour la première mise en service du système de tri. Les premières analyses ont permis d'améliorer le paramétrage du système de tri Qualité Billon. Dans un futur proche, nous envisageons d'approfondir l'analyse des données fournies par le système afin d'améliorer la sélection des critères pertinents
This study takes place in the frame of a university/industry convention between the CRAN and Siat-Braun sawmill. Sawmill transformation process is divided in two parts. First, the log yard cuts down stem in logs (round timber with standard length) which are sorted out in homogeneous batches by dimensions and quality. Then, the sawing line transforms those logs in end products sorted out by dimensions and quality too. The qualitative sort out of log has a direct impact on sold product quality, so sawmills try to optimize this production step in order to reduce the product downgrading rate. In this goal, Siat-Braun sawmill invested in a new log yard. This study contributes to the development and the commissioning of this system dedicated to log Quality sort out. The first chapter of this thesis places the project into wood industry then explicates sawmill constraints and needs in term of Quality. A literature review points out different observation systems allowing measurement of wood characteristics in order to make a product and log quality rankings. Observation system chosen by our industrial partner is then presented. The objective of the second chapter is to clarify and defines Log Quality to the new log yard. This quality notion being held by the sorting operator, we suggested extract, formalize and model this knowledge using NIAM-ORM method. This method allowed obtaining two structured ontologies: the Log Quality and the Product Quality which we used in the chapter three in order to underlying 50 links between both qualities usually tackle separately. This study allowed also extracting 34 relevant criteria to specify Log Quality in 9 classes, regarding Product Quality. In addition, knowledge model analysis gives an initial set up to the first commissioning of the Observation system (input criteria, output classes, decision thresholds). This set up is so proven during system exploitation. The first tests on end products and data processing delivered by the sensor are used to validate and refine the set up to improve the log sort out regarding the obtained product quality. So, this study allowed capitalizing Expert knowledge of the project actors and then, obtaining a relevant initial configuration of the sort system for the first use. First analysis allowed improving Log Quality sort out system set up. In a near future, we want to go deeper in analysis of data given by the system in order to improve relevant criteria selection

La combustion de la biomasse, en particulier le chauffage au bois résidentiel, constitue une source d’émissions fortement contributrice aux concentrations de PM10 en hiver, de façon globale, en Europe. Afin de réduire les émissions de cette source, un programme de large envergure de renouvellement d’appareils de chauffage au bois non-performant, le Fonds Air Bois a été lancé depuis 2013 dans la vallée de l’Arve. Cette action étant amenée à se multiplier en France, l’évaluation de son effet sur les concentrations atmosphériques constitue un enjeu pour les futures politiques de gestion de la qualité de l’air. Le programme PRIMEQUAL DECOMBIO (2013-2018) a été proposé afin de mettre en place des méthodologies permettant d’évaluer l’impact de cette opération sur les concentrations de PM10 à partir de mesures de terrains. Ce programme DECOMBIO, qui a servi de cadre à ce travail de thèse, s’est appuyé sur la confrontation durant 4 hivers des mesures en continu des PM10 issus de la combustion de la biomasse (noté PM10wb), des conditions météorologiques, et des variations d’émissions liées au renouvellement des appareils. Pour répondre à cet enjeu, les travaux de cette thèse ont eu pour objectif de développer des méthodes permettant de prendre en compte l’influence des conditions atmosphériques sur les concentrations hivernales de PM10 et d’évaluer les paramètres et facteurs d’incertitudes permettant de comparer les variations estimées d’émissions de PM10wb avec celles des concentrations mesurées de PM10wb au cours des 4 hivers.Ces travaux se sont appuyés sur d’importantes bases de données de mesures chimiques et météorologiques constitués durant 4 hivers (13-14 à 16-17) au niveau de 3 sites dans la vallée de l’Arve. Par ailleurs, les données techniques issues des dossiers de renouvellements des appareils pour bénéficier de l’aide financière du Fonds Air Bois nous ont été communiquées, nous permettant de spatialiser et temporaliser les réductions des émissions de PM10wb estimées provenant de ces remplacements d’appareils. L’état de la stabilité thermique de l’atmosphère, paramètre essentiel pour déterminer les épisodes d’inversions thermiques, a été suivi en continu grâce à un système peu onéreux de capteurs de température sous abris installés le long des pentes. Ces mesures ont permis de montrer que les conditions météorologiques locales dans ces vallées encaissées sont le facteur premier conditionnant les concentrations atmosphériques. Une classification automatique des conditions atmosphériques a été établie, permettant de s’affranchir de cette variabilité et de comparer les concentrations pour des conditions atmosphériques similaires entre les différents hivers. L’innovation de cette approche repose principalement sur la prise en compte du degré d’influence de variables météorologiques et de paramètres liés à l’intensité des émissions. Une diminution graduelle des concentrations de PM10wb au cours des hivers a ainsi pu être constatée au niveau des 3 sites pour certaines classes de conditions atmosphériques, résultat consolidé par la diminution concomitante des traceurs de la combustion de la biomasse à la masse des PM10. Afin de préciser ces résultats, nous nous sommes intéressés à estimer la réduction des émissions de PM10 des remplacements d’appareils au niveau des sites de mesures et leurs incertitudes.Au terme de ce travail et du programme DECOMBIO, nous avons été à même de développer et de valider plusieurs outils méthodologiques applicables dans l’évaluation de futurs fonds air bois (utilisation de capteurs le long des pentes, classification météorologique adaptée à la qualité de l’air, estimation des incertitudes sur les émissions de parc de dispositifs de chauffage au bois). Ces bases solides nous ont permis de mieux comprendre les mesures réalisées sur les PM atmosphériques, et leurs liens avec les estimations des émissions
Biomass burning, particularly residential wood burning, is a source of atmospheric particles that contributes significantly to winter PM10 levels globally in Europe. In order to reduce emissions from this source, a large-scale program for the renewal of non-efficient wood-burning appliances, the “Fonds Air Bois” has been launched since 2013 in the Arve Valley. The assessment of its impact on atmospheric concentrations is an issue for future air quality management policies. The research DECOMBIO program (2013-2018) has been proposed to evaluate the impact of this operation on PM10 concentrations from measurements. This DECOMBIO program, which includes these thesis works, was based on the confrontation during 4 winters of continuous measurements of PM10 resulting from biomass burning (noted PM10wb), weather conditions, and emissions variations related to appliances renewal. To answer this challenge, the aim of this thesis was to develop methods to take into account the influence of atmospheric conditions on winter PM10 concentrations and to evaluate the parameters and uncertainties that make it possible to compare the estimated PM10wb emission variations with those of the measured PM10wb concentrations during the 4 winters.This work was based on large datasets of chemical and meteorological measurements made during 4 winters (13-14 to 16-17) at 3 sites in the Arve Valley. In addition, the technical data from wood appliances renewal files was provided to us, allowing us to spatially and temporally estimated reductions of PM10wb emissions from these appliances replacements. The state of atmospheric stability, an essential parameter for determining episodes of temperature inversions, has been continuously monitored thanks to an inexpensive system of sheltered temperature sensors installed along the slopes. These measurements have shown that local weather conditions in these valleys are the primary factor conditioning atmospheric concentrations. An automatic weather types classification has been established, making it possible to overcome this variability and to compare the concentrations for similar atmospheric conditions between the different winters. The innovation of this approach is mainly based on taking into account the degree of influence of meteorological variables and parameters related to the intensity of emissions. A gradual decrease of PM10wb concentrations during winters was thus observed at the 3 sites for certain weather types, a result consolidated by the concomitant decrease in tracer biomass combustion at the mass of PM10. To clarify these results, we were interested in estimating the reduction of PM10 emissions from device replacements at measurement sites and their uncertainties.At the end of this work and of the DECOMBIO program, we have been able to develop and validate several methodological tools applicable in the evaluation of future “fonds air bois” (use of sensors along the slopes, meteorological classification adapted to the quality of the air, estimation of uncertainties on wood appliances renewable emissions). This solid foundation has allowed us to better understand the measurements made on atmospheric PM, and their relationship to emission estimates

(. . . ) Les résultats les plus significatifs montrent qu'il est possible, à l'aide d'une mesure simple de retrait tangentiel et de largeur moyenne de cerne sur carotte de sondage, d'estimer le retrait tangentiel de planches. De la même façon, la mesure simultanée de la largeur moyenne de cerne et de l'infradensité permet d'avoir une bonne appréciation de la variation d'épaisseur, ainsi que des ondulations présentes sur les placages tranches sur dosse (. . . ) en annexe figurent des renseignement concernant d'autres aspects de la qualité du bois de chêne rouge recueillis tout au long de cette étude(. . . )

Afin de valoriser au mieux le bois de feuillu de qualité secondaire, il est important de comprendre ses propriétés et d'optimiser ses propriétés mécaniques. La variabilité de certaines propriétés structurelles, physiques et mécaniques du bois de hêtres et de chênes issus d’éclaircis a été étudiée. Des billons tirés de ces arbres ont été déroulés en trois épaisseurs (2.1, 3, and 4.2 mm). La qualité du placage a été évaluée en mesurant la proportion du nœud et les fissurations. Les propriétés mécaniques du LVL (lamibois) réalisé à partir de ces placages ont été mesurées par méthode destructive et non destructive. Chez les deux espèces, le bois juvénile est concentré dans une petite zone près de la moelle, de sorte qu'il y aura peu ou pas de bois juvénile déroulé. Les propriétés mécaniques et physiques du bois des deux espèces sont fortement influencées par sa densité. Le placage de 3 mm d'épaisseur a fourni les propriétés mécaniques optimales pour le LVL pour les deux espèces. Ces propriétés mécaniques sont comparables à celles de LVL réalisés à partir d'autres essences de feuillus. Le placage interne a fourni du LVL avec une densité plus élevée, mais des propriétés mécaniques plus faibles en raison de sa proportion de nœuds plus élevée
To improve the value of secondary quality hardwood, it is important to understand its wood properties and optimize its mechanical properties. The variability of some structural, physical and mechanical properties of wood from beech and oak trees issued from thinning was studied. Logs from these trees were rotary peeled in three different veneer thicknesses (2.1, 3, and 4.2 mm). Veneer quality was assessed by measuring the veneer knot proportion and checking properties. The mechanical properties of LVL (laminated veneer lumber) made from these veneers were measured using the static and dynamic method. Juvenile wood in both species is concentrated in a very small area near the pith thus there will be no or low part juvenile wood peeled. The wood mechanical and physical properties of both species were strongly influenced by the wood density. The 3 mm thick veneer provided the optimal mechanical properties for LVL for both species. Such mechanical properties are comparable to LVL made with other hardwood species. The internal veneer provided LVL with higher density, but lower mechanical properties as a result of its higher proportion of knots

Le traitement thermique est une méthode appropriée pour la valorisation d'essences européennes peu durables. Les modifications chimiques en résultant confèrent au bois une meilleure stabilité dimensionnelle et durabilité aux attaques fongiques, alors que les propriétés mécaniques diminuent plus ou moins. Le verrou actuel de ce procédé reste la grande difficulté à produire à l'échelle industrielle un produit de qualité constante (durabilité, stabilité dimensionnelle, couleur). Ces difficultés sont dues à l'hétérogénéité du matériau et des conditions de traitement réalisé généralement par convexion. La mise au point d'un pilote de traitement thermique par conduction permettant une mesure en dynamique de la perte de masse a été réalisée pour optimiser la conduite du traitement, mieux comprendre les réactions de thermodégradation et développer un outil de contrôle de la qualité du bois traité. Les résultats obtenus, réalisés dans des conditions de traitement proches des conditions industrielles, indiquent un effet important de l'essence de bois traitée sur les cinétiques de perte de masse observées, les feuillus étant généralement plus sensibles à la thermodégradation que les résineux. Il a ensuite été établi une forte corrélation entre le niveau de thermodégradation du bois estimé à partir de sa perte de masse et l'augmentation de sa durabilité aux champignons basidiomycètes. L'analyse fine et la compréhension des mécanismes réactionnels intervenant durant le traitement ont permis de mettre en évidence un lien direct entre la composition élémentaire du bois et la perte de masse due aux réactions de thermodégradation, permettant également de prédire la durabilité aux attaques fongiques. Le taux de carbone, d'oxygène ou encore le rapport O/C peuvent de ce fait être considérés comme des marqueurs pertinents permettant de contrôler la qualité du bois traité thermiquement
Thermal treatment has been used to improve properties of non durable European species. Chemical modification of some of the wood components provides improved dimensional stability and biological performance against decay fungi while mechanical properties such as modulus of rupture are reduced. Quality control of commercially made thermally treated wood is one of the major road blocks of its industrial development. The variability inherent within a wood species and between wood species, density and chemical compositions variation combined with the heat treatment parameters such as temperature duration and levels contribute to the production of heterogeneous heat treated wood. The development of a heat treatment process by conduction which monitors the weight changes during the process will facilitate and help in controlling, in understanding and predicting the properties of heat treated wood. Data collected from a pilot study of heat treated wood using conditions similar to commercial process show that hardwood species were more susceptible to thermal degradation as compared to softwood. It was also established that wood chemical composition is directly connected to the percent of weight loss due to thermodegradation, allowing the use of chemical composition to predict fungi durability. Carbon and oxygen contents and/or oxygen to carbon ratio of heat treated wood can be therefore used as valuable markers to develop quality control assessment of heat treated wood

Afin de valoriser au mieux le bois de feuillu de qualité secondaire, il est important de comprendre ses propriétés et d'optimiser ses propriétés mécaniques. La variabilité de certaines propriétés structurelles, physiques et mécaniques du bois de hêtres et de chênes issus d’éclaircis a été étudiée. Des billons tirés de ces arbres ont été déroulés en trois épaisseurs (2.1, 3, and 4.2 mm). La qualité du placage a été évaluée en mesurant la proportion du nœud et les fissurations. Les propriétés mécaniques du LVL (lamibois) réalisé à partir de ces placages ont été mesurées par méthode destructive et non destructive. Chez les deux espèces, le bois juvénile est concentré dans une petite zone près de la moelle, de sorte qu'il y aura peu ou pas de bois juvénile déroulé. Les propriétés mécaniques et physiques du bois des deux espèces sont fortement influencées par sa densité. Le placage de 3 mm d'épaisseur a fourni les propriétés mécaniques optimales pour le LVL pour les deux espèces. Ces propriétés mécaniques sont comparables à celles de LVL réalisés à partir d'autres essences de feuillus. Le placage interne a fourni du LVL avec une densité plus élevée, mais des propriétés mécaniques plus faibles en raison de sa proportion de nœuds plus élevée
To improve the value of secondary quality hardwood, it is important to understand its wood properties and optimize its mechanical properties. The variability of some structural, physical and mechanical properties of wood from beech and oak trees issued from thinning was studied. Logs from these trees were rotary peeled in three different veneer thicknesses (2.1, 3, and 4.2 mm). Veneer quality was assessed by measuring the veneer knot proportion and checking properties. The mechanical properties of LVL (laminated veneer lumber) made from these veneers were measured using the static and dynamic method. Juvenile wood in both species is concentrated in a very small area near the pith thus there will be no or low part juvenile wood peeled. The wood mechanical and physical properties of both species were strongly influenced by the wood density. The 3 mm thick veneer provided the optimal mechanical properties for LVL for both species. Such mechanical properties are comparable to LVL made with other hardwood species. The internal veneer provided LVL with higher density, but lower mechanical properties as a result of its higher proportion of knots

Les travaux présentés dans cette thèse CIFRE, liant le CRAN et le CRITT Bois d'Epinal dans le cadre du projet ANR-OPTIFIN, contribuent au développement d'une chaîne de traitements pour la segmentation texture des images multimodales de pièces de bois en chêne. L'idée est de combiner des techniques d'acquisition multimodale dans le visible et le proche infrarouge (NIR) à des méthodes d'analyse de texture par matrices de covariance et de segmentation texture dans la variété Riemannienne, pour la détection des singularités et la discrimination du grain du bois. Dans le premier chapitre, nous dressons un état de l'art sur l'inspection automatisée des pièces de bois ; en portant une attention particulière aux essences de bois feuillus (e.g. chêne) dont l'inspection demeure encore un problème non résolu. Le deuxième chapitre porte sur la mise en place de la plate-forme d'imagerie multimodale (PIM) et la calibration des images couleur, niveaux de gris, directe et scatter dans le visible et des cartes d'abondance, obtenues à partir des images hyperspectrales NIR. Nous proposons une méthodologie originale pour les images scatter en optimisant les paramètres d'acquisition sur les pièces de bois en chêne. Le troisième chapitre concerne l'étude du recalage des images monomodales et multimodales et l'application d'une méthode pour la suppression de leur fond. Dans le quatrième chapitre, nous proposons une méthodologie d'analyse texture basée sur la fusion par matrices de covariance des images multimodales et/ou de leurs images texturales (LBP, nriLBP, GLCM et Gradient). Nous exploitons les matrices de covariance par des méthodes de clustering par K-moyennes et de classification supervisée par k-ppv, étendues au cas Riemannien, pour la segmentation. Dans le dernier chapitre sont présentés les résultats garantissant une segmentation pertinente et rapide des matrices de covariance. Ils sont obtenus après avoir déterminé les meilleurs paramètres de réglages des K-moyennes. Les résultats du clustering laissent apparaître que l'utilisation des images multimodales seules conduit à une segmentation optimale des singularités compactes. Ils montrent aussi l'importance de l'intégration des images texturales dans les jeux de modalités pour obtenir une meilleure segmentation des singularités de type région. Pour le grain du bois, une segmentation efficace est obtenue en utilisant les images texturales seules. Enfin, nous proposons d'appliquer les k-ppv dans la variété Riemannienne sur les modalités sélectionnées pour obtenir une segmentation plus précise
The work presented in this CIFRE thesis, associating CRAN and CRITT Bois for the ANR-OPTIFIN project, contributes to the development of an image processing chain for the texture segmentation of multimodal images of sawn oak timber pieces. The idea is to combine multimodal acquisition techniques in visible and near-infrared (NIR) range with texture analysis methods using covariance matrices and texture segmentation methods in the Riemannian manifold, for the detection of singularities and discrimination of wood grain. In the first chapter, we present a state of the art on automated inspection of wood pieces; with a special focus on hardwood species (e.g. oak) for which inspection is still an open problem. The second chapter deals with the implementation of the multimodal imagery platform (PIM) and the calibration of color, grayscale, direct and scatter images in the visible range and abundance maps, obtained from NIR hyperspectral images. We propose an original methodology for the scatter images by optimizing the acquisition parameters on sawn oak timber pieces. The third chapter concerns the study of the registration of monomodal and multimodal images and the application of a method for the suppression of their background. In the fourth chapter, we propose a texture analysis methodology based on the fusion of multimodal images and/or their textural images (LBP, nriLBP, GLCM and Gradient) by covariance matrices. We exploit the covariance matrices by K-means clustering andk-ppv supervised classification methods, extended to the Riemannian case, for segmentation. In the last chapter, we present results ensuring a relevant and fast segmentation of the covariance matrices. They are obtained after having determined the best parameters for the K-means setting. The clustering results show that the use of multimodal images alone leads to an optimal segmentation of compact singularities. They also show the importance of integrating textural images in the modality sets to obtain a better segmentation of regional type singularities. For wood grain, an efficient segmentation is obtained by using only textural images. Finally, we propose to apply k-ppv in the Riemannian manifold on the selected modalities to obtain a more accurate segmentation