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

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

The influence of pilot-scale pyro-gasification and activation conditions on porosity development in activated biochars

Few studies have examined the influence of pyro-gasification and activation conditions on porosity development in activated biochars. In this context, this study investigates the effects of pyro-gasification temperature (315, 399, and 454 °C), activation temperature (700, 800, and 900 °C), and activating agent (CO2 flow rate: 2, 3, and 5 L min−1) on porosity in materials made from wood residues (black spruce and white birch). Activated biochars were prepared in a two-step process: torrefaction/fast pyrolysis in a pilot-scale plant and activation using an in-house pilot-scale furnace. Results show that the physical properties of activated biochars improved over biochars and wood residues, with fivefold greater surface area for activated birch biochar over biochars, and threefold greater surface area for activated spruce biochars. Statistical analysis results reveal that pyro-gasification and activation temperature, CO2 gas flow rate, and wood residue type significantly affected the porosity of activated biochars (at p < 0.05). The main findings are as follows: i) Torrefaction or pyrolysis pre-treatment step had less impact on the porosity of activated biochars, so lower energy expenditure is required to improve product quality, i.e., porosity; ii) Activation temperature was the major variable to optimize specific surface area; by increasing from 700 to 900 °C, the average surface area for activated biochars made from both wood residues increased to nearly 120 m2 g−1; iii) pilot-scale technologies produced porous activated biochars comparable to laboratory-scale technologies which could boost incentives to use thermochemical biomass conversion, and increase the profitability with these diversified by-products in biorefinery industry

Regional, Site, and Tree Variations of Wood Density and Growth in Thuja occidentalis L. in the Quebec Forest

Thuja occidentalis L. wood is desirabl, e for wooden structures that require wood density uniformity. Wood density is a wood quality indicator related to numerous morphological, mechanical, physiological, and ecological properties. This study aimed to investigate the regional, site, and tree-to-tree variations of T. occidentalis wood density and growth components through the analysis of X-ray densitometer data. A total of 287 trees were randomly sampled from 11 sites in the Abitibi-Témiscamingue regions in Québec, Canada. The average ring density at breast height was 356 kg m−3, with a small difference between earlywood and latewood (167 kg m−3), indicating a relatively uniform wood. Ring density and width varied significantly between the Abitibi and the Témiscamingue regions, mainly in the juvenile wood. Trees from the Abitibi region showed higher ring density than those in the Témiscamingue region. In contrast, the ring width was higher in the Témiscamingue region. Site, tree, and cambial age significantly (p < 0.001) affected wood density and growth components. However, the largest variation is due to the tree-to-tree variation, accounting for about 15%–31% of the total variation. Compared to ring widths, ring density components showed a considerably smaller tree-to-tree variation and higher variation (7.1%) with cambial age than ring widths (0.6%). Ring width correlated positively and significantly (p < 0.001) with average temperature and annual precipitation, while ring density correlated negatively and significantly (p < 0.001) with average temperature and annual precipitation

Intra-Ring Variations and Interrelationships for Selected Wood Anatomical and Physical Properties of <i>Thuja Occidentalis</i> L.

Intra-ring variation in wood density and tracheid anatomical properties and wood property interrelationships were investigated in Thuja occidentalis L. Samples were taken from three stands in Abitibi&#8211;T&#233;miscamingue, Quebec, Canada. The structure of T. occidentalis wood is simple, homogeneous and uniform, which is desirable for wooden structures that require wood uniformity. From early- to latewood, cell and lumen diameter decreased, while cell wall thickness increased. These changes led to an increase of the cell wall proportion. Wood ring density and width interrelationships were weaker in mature wood compared to juvenile wood. Earlywood density is the more important in determining mature wood density than latewood density and proportion. Earlywood density explains 92% and 89% of the variation in juvenile and mature wood density, respectively. The negative relationship between ring density and width, although significant, was low and tends to weaken with increasing tree age, thus providing the opportunity for silvicultural practices to improve both growth and wood density. Ring width was positively and strongly correlated to early- and latewood width, but negatively correlated to tracheid length and latewood proportion. Accordingly, increases in ring width produce smaller tracheids and wider earlywood without a corresponding increase in latewood. Practical implications of the results are discussed

Regional, Site, and Tree Variations of Wood Density and Growth in <i>Thuja occidentalis</i> L. in the Quebec Forest

Thuja occidentalis L. wood is desirabl, e for wooden structures that require wood density uniformity. Wood density is a wood quality indicator related to numerous morphological, mechanical, physiological, and ecological properties. This study aimed to investigate the regional, site, and tree-to-tree variations of T. occidentalis wood density and growth components through the analysis of X-ray densitometer data. A total of 287 trees were randomly sampled from 11 sites in the Abitibi-Témiscamingue regions in Québec, Canada. The average ring density at breast height was 356 kg m−3, with a small difference between earlywood and latewood (167 kg m−3), indicating a relatively uniform wood. Ring density and width varied significantly between the Abitibi and the Témiscamingue regions, mainly in the juvenile wood. Trees from the Abitibi region showed higher ring density than those in the Témiscamingue region. In contrast, the ring width was higher in the Témiscamingue region. Site, tree, and cambial age significantly (p p p < 0.001) with average temperature and annual precipitation

Pyrolysis of Chromated Copper Arsenate-Treated Wood: Investigation of Temperature, Granulometry, Biochar Yield, and Metal Pathways

Chromated copper arsenate-treated (cca) wood disposal faces environmental restrictions due to its toxicity, heavy metal leaching in storage sites, and greenhouse gas emissions during incineration. Thus, finding new management methods for this contaminated wood at the end of life is crucial. This study evaluated the effect of pyrolysis temperature (300, 400, and 500 °C), particle size, biochar yield, and the behavior of arsenic (As), chromium (Cr), and copper (Cu) during treated-wood pyrolysis. The highest biochar yield was obtained at 300 °C for fine particles. The biochar retention of heavy metals decreased with increasing pyrolysis temperature. At 300 °C, the highest biochar As, Cr, and Cu retentions were 76, 91, and 83%. At 500 °C, biochar only retained 43% of the As. Additionally, heavy metal leaching from the biochar exceeded the Environmental Protection Agency’s (EPA) maximum concentration limit of 5 mg/L. High-density polyethylene encapsulation of contaminated biochar reduced the leaching of As, Cr, and Cu by 96, 95, and 91%, respectively. Thus, combining pyrolysis and plastic encapsulation to produce a composite material could be a solution for reducing waste (conversion of CCA-wood into biochar) and for the safe disposal of contaminated wood

Short-Term Effects of Biosolid Application on Two Mediterranean Agricultural Soils and Durum Wheat Yield

This study evaluated the effects of de-inking paper sludge (DPS) and sewage sludge (SS) application on soil properties, and durum wheat growth and yield. A pot experiment was performed on Calcaric cambisol (clCM) and Cromic Luvisol (coLV) soils. Three DPS rates (0, 30, and 60 Mg ha−1) were studied with and without nitrogen fertilizer (280 kg NH4NO3 ha−1). DPS was also mixed with SS at two rates (5 and 10 Mg ha−1) to highlight the benefits of organic nitrogen compared to mineral nitrogen. DPS improved total organic carbon and nitrogen, mineral nitrogen, and soils cation exchange capacity, the 30% rate provided the greatest improvement in both soils. DPS increased grain and root P, K, Ca, and Mg contents in both soils. It also increased wheat straw N, P, Mg, and Ca for the same soil compared to the control. Mixed DPS treatments with nitrogen fertilizer enhanced grain yield by up to 38% and increased root biomass in the studied soils. Thus, DPS is a potential source of organic matter and a liming agent for acid soils when appropriate supplemental fertilizer is provided

Effect of Pyrolysis Temperature and Wood Species on the Properties of Biochar Pellets

Thermal treatments such as torrefaction and fast pyrolysis are commonly employed methods to produce biofuels with high-energetic properties. In this study, wood chips were heat-treated at different temperatures of torrefaction (315 °C) and fast pyrolysis (400 and 454 °C) to form energetic pellets. Three softwoods, jack pine (JP), balsam fir (BF), and black spruce (BS), were evaluated. Pellets are produced using 20% moisture content and 15% pyrolytic lignin as a binder. Untreated- and treated-wood residues were characterized by surface chemistry, elemental analysis, and chemical composition, whereas all pellets were characterized in terms of density, high heat value (HHV), and durability. Results showed that both thermal treatments caused significant changes in the physicochemical structure of wood residues. Using temperatures higher than 315 °C leads to the disappearance of hydroxyl groups, a decrease in oxygen and hydrogen contents, and an increase in carbon content. Regardless of the treatment temperature, pellets made from heat-treated JP had the best durability (93%). In contrast, the calorific values of wood-treated pellets reached up to 31 MJ/kg, compared to untreated-wood pellets (19 MJ/kg). Thus, the densification of the thermal-treated wood residues represents a potential approach for producing biofuels with high energetic value

CO2 Emission and Change in the Fertility Parameters of a Calcareous Soil Following Annual Applications of Deinking Paper Sludge (The Case of Tunisia)

The use of deinking paper sludge (DPS) as a fertilizer instead of sending it to landfill could play a role in reducing greenhouse gases and improving soil properties. The objectives of this study were (1) to evaluate the changes in the physical (permeability and structural stability), chemical (particularly soil pH), and biological (microbial metabolic quotient (qCO2), microbial biomass soil CO2 emissions) of a calcareous agricultural soil following two successive annual amendments with three treatments (0, 30, and 60 Mg DPS ha&minus;1&mdash;control, DPS30, and DPS60, respectively); and (2) to determine whether the addition of N-fertilizer to these treatments (controlF, DPS30F, and DPS60F, respectively) causes changes to soil fertility. The DPS application increased soil organic matter (+0.80%: DPS60 vs. control; and +0.35%: controlF vs. DPS60F), available phosphorus (+23.14 mg kg&minus;1: DPS60 vs. control; and +14.34 mg kg&minus;1: DPS60F vs. controlF), potassium (+0.6 g kg&minus;1: controlF vs. DPS30F), and calcium (+0.28 g kg&minus;1: DPS60 vs. control). The 60 Mg DPS ha&minus;1 rate improved permeability and structural stability, regardless of the presence or absence of N-fertilizer. On the other hand, the 60 Mg DPS ha&minus;1 rate without N-fertilizer lead to a decrease in total mineralization rate and qCO2, thereby indicating a reduction in CO2 emissions. The rate of 60 Mg ha&minus;1 DPS could be effectively used to enhance the permeability and stability (soil restoration) and mitigate CO2 emissions, whereas the 30 Mg ha&minus;1 rate could be used as fertilizer to improve the fertility of calcareous soils