Croissance des stocks de carbone dix ans après boisement de terrains dénudés boréaux

Le réchauffement du climat actuel est notamment attribuable à l'utilisation des combustibles fossiles et aux changements de vocation des terres, spécialement la deforestation, ce qui cause une perte de puits de carbone (C). L'augmentation de la capacité des puits de C terrestres est donc un moyen pour atténuer l'effet des changements climatiques. En forêt boréale, des terrains classés improductifs et appelés dénudés secs (DS) sont présents en quantités telles qu'ils représentent un potentiel réel de séquestration accru de C. Les DS sont des milieux naturellement ouverts dispersés en îlots au sein de la forêt boréale continue. Le processus de formation des DS est lié à des perturbations successives soit le feu ou des épidémies d'insectes. Une simulation réalisée à partir d'un DS récolté, scarifié puis planté montre un bilan C net devenant neutre durant la 26e année suivant le boisement. La simulation montre que les DS ont un potentiel théorique de séquestration annuelle de 1,11 C ha"1 an"1 en moyenne, pour un total de 77 t C ha-1 séquestré sur 70 ans de croissance. L'hypothèse testée dans la présente étude est que les DS scarifiés et boisés, sans récolte d'arbres au préalable, montrent un bilan C neutre dix ans après boisement. Le dispositif expérimental est constitué de 7 blocs comprenant des portions scarifiées et boisées (S1) et des portions intactes (S0). Les essences utilisées étaient Pépinette noire (Picea mariana [Mill.] B.S.P.) et le pin gris (Pinus banksiana Lamb.). Dans chacun des scénarios S0 et S1, des parcelles de 400 m2 ont été établies afin d'estimer la contribution totale de chacun des 4 grands réservoirs au bilan C. Des équations allométriques ont été construites pour les besoins spécifiques de l'étude. Le bilan C net dix ans après boisement est négatif avec -7,84 t C ha-1. Cela serait attribuable à la densité de l'étage arborescent initialement plus élevé dans SO. Une fois exclue des bilans C la contribution de l'étage arborescent, le résultat est un bilan net négatif de -0,62 t C ha-1. La quantité de C contenue dans la matière organique contribue grandement au total de C présent dans les DS. Le ratio biomasse racinaire/biomasse aérienne mesuré dans l'étude est supérieur à ce que l'on retrouve normalement pour l'épinette noire, avec une moyenne de 37 %. Le scarifiage a causé une perte de C de 0,67 t C ha"1. En additionnant la séquestration réalisée par la régénération après dix ans de croissance, le bilan C net s'établit à -0,46 t C ha-1. Des plantations de pin gris dans le même dispositif ont démontré une séquestration supérieure. Le bilan C net s'établit alors à une valeur positive de 0,49 t C ha-1. Les résultats permettent de supporter l'hypothèse que le bilan C net du dispositif est pratiquement neutre dix ans après boisement, ce qui est 16 années plus tôt que dans le calcul théorique de référence. La présente étude suggère donc que le boisement de DS pourrait devenir une mesure d'atténuation efficiente dans une approche qui combinerait la préparation de terrain de type scarifiage sans coupe préalable et le boisement avec de l'épinette noire et, de façon plus accentué, du moins pendant les 10 premières années, avec du pin gris

The carbon fraction in biomass and organic matter in boreal open woodlands of Eastern Canada

In Canada, boreal open woodlands (OWs) show interesting afforestation potential, but no detailed study is available regarding the carbon fraction (CF) of dry matter in biomass and litter reservoirs (tonne C/tonne dry mass). This study aimed at providing the very first specific CF values of C reservoirs and compartments in OWs, with the main hypothesis that given the particular stand characteristics of OWs, more precise CF values than IPCC’s default values would significantly change the calculation of C stocks in OWs. Results indicate that even though the CF values measured in this study were significantly different among the different C reservoirs and compartments in OWs, they matched the IPCC default CF values for the biomass (0.50) and humus (0.37) reservoirs. Therefore, the main hypothesis of this study – that more precise CF values than IPCC’s default values would significantly change the calculation of C stocks in OWs – was not supported by the results. Consequently, the IPCC default values of the CF in the biomass and litter (humus) reservoirs can be used to estimate C stocks in boreal OWs, for example when using OWs as the baseline scenario in afforestation projects. Les terrains dénudés secs (DS) boréaux du Canada montrent un potentiel de boisement intéressant, sauf qu’aucune étude détaillée n’est disponible à propos de la fraction carbonique (FC) de la matière sèche dans les réservoirs de la biomasse et de la litière (tonne de C par tonne de masse sèche). La présente étude visait à fournir les toutes premières valeurs spécifiques de FC des réservoirs et compartiments de C des DS, avec l’hypothèse principale que vu les caractéristiques particulières des DS, des valeurs de FC plus précises que les valeurs par défaut du GIEC changeraient significativement le calcul des stocks de C dans les DS. Les résultats indiquent que bien que les valeurs de FC étaient significativement différentes entre les réservoirs et compartiments des DS, elles étaient similaires aux valeurs par défaut du GIEC, tant pour les réservoirs de la biomasse (0.50) que de la litière (0.37). Ainsi, l’hypothèse principale de l’étude – que des valeurs de FC plus précises que les valeurs par défaut du GIEC changeraient significativement le calcul des stocks de C dans les DS – n’est pas soutenue par les résultats. Par conséquent, les valeurs de FC par défaut du GIEC pour les réservoirs de la biomasse et de la litière (humus) peuvent être utilisées pour estimer les stocks de C des DS boréaux, par exemple lorsque les DS font office de scénario de référence dans des projets de boisement

CFD-DEM simulations of early turbulent solid–liquid mixing: Prediction of suspension curve and just-suspended speed

Solid–liquid mixing as a unit operation still faces considerable challenges, notably regarding the prediction of the impeller speed required to suspend the particles (Njs), the fraction of suspended solids and the homogeneity of the suspension at a given speed. In this work, we extend to the turbulent regime, by means of large eddy simulation (LES), a CFD-DEM model developed recently in our group for solid–liquid mixing. The resulting model is used to study the mixing of glass particles in a baffled stirred tank equipped with a down-pumping pitched blade turbine. Various characteristics of the liquid dynamics as well as the distribution and motion of the solids are investigated. The fraction of suspended solid particles predicted by the model is validated against experimental data obtained via the pressure gauge technique (PGT). Two new methods to calculate the fraction of suspended particles in a Euler–Lagrange simulation, the so-called Lagrangian suspended fraction analysis (LSFA) and the decorrelated fraction analysis (DFA) techniques are introduced. The results obtained with these two methods, as well as with many others taken from the literature, are compared to the Zwietering correlation and to the results obtained by the PGT. It is found that some techniques proposed in the literature, namely the local concentration, the power consumption and the transient solids concentration analysis techniques, cannot be applied adequately in this case. On the other hand, the LSFA, DFA and PGT techniques are observed to predict accurately the fraction of suspended solids when compared to experimental PGT data

Natural regeneration potential and dynamics in boreal lichen woodlands of eastern Canada following soil scarification

Boreal lichen woodlands (LWs) are stable low tree-density zones of the Canadian boreal forest whose afforestation has been proposed as a way to create new C sinks and thus mitigate climate change. Planting operations in these remote areas are however costly and time-consuming, and may not be necessary when soil scarification is followed by dense natural regeneration. In the present study, we assessed the natural regeneration potential and dynamics in six boreal LWs of Québec, Canada, 11 years after soil scarification. The number, size (height and stem diameter) and age of seedlings were measured in 2-4 sampling plots per site (18 plots in total). Our data show that scarification operations produced on average 1,400 m2 ha–1 of exposed mineral soil (scarification intensity of 14%) with, however, a large within-site variability. The natural regeneration was mainly composed of black spruce seedlings (> 95%), averaged ∼12,000 seedlings ha–1 across the six sites and significantly varied among sites, mostly due to the variation in scarification intensity. Seedling density averaged ∼9 seedlings m–2 of exposed mineral soil and increased with seed tree mean diameter at breast height (DBH) (R2 = 0.51; P < 0.05) but not with the density of seed trees, revealing the importance of old and large seed trees in natural regeneration success. Together, scarification intensity and the DBH of remaining seed trees explained ∼60% of the variation in natural regeneration density across the 18 sampled plots. The rate of establishment of seedlings was generally high – with on average 60% of the carrying capacity of the substrate being reached within three years following scarification – and increased with seed tree mean DBH (R2 = 0.77; P < 0.05). However, the growth rate of seedlings was very low. Eleven years after scarification, 60% of the seedlings were < 15 cm and the height of 10-yr-old seedlings averaged 27.5 cm. Thus, even though seedling establishment was successful, the biomass accumulated by the natural regeneration was negligible in the span of a decade. Therefore, the implementation of afforestation following scarification appears to be necessary to create significant C sinks in the midterm

Funding research using climate change mitigation: The case of the Carbone boréal research infrastructure

Since 1988, the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has gathered research and produced reports to inform decision makers on climate change. Among crosscutting topics, ecosystem management and nature-based solutions (NBS) have received growing attention as they are readily available and relatively inexpensive. NBS are part of the Agriculture, Forestry and Other Land Uses economical sector [1]. While carbon prices can reach up to USD100 t-1 CO2-eq, greenhouse gas (GHG) land-based mitigation can be achieved for less in agriculture (e.g. soil carbon management, agroforestry, soil biochar addition), forestry (e.g. afforestation, reforestation, decreased deforestation) and using other ecosystems (e.g. peatland and wetland restoration) [1]. NBS have the potential to reduce GHG emissions by 8–14 Gt CO2-eq yr-1 between 2020–2050 [1], which represents 32–82% of the emission gap by 2030 to limit global warming between 1.5–2°C by 2100 compared with the preindustrial era [2]. In addition to CO2 removal from the atmosphere, NBS also render valuable ecosystem services such as biodiversity conservation, water and nutrient cycling regulation and soil preservation [3–6]. Several positive impacts on human well-being and sustainable development goals can also be achieved through NBS [1]

Optimiser les possibilités d'utilisation de la biomasse forestière

Les expériences qui ont été réalisées depuis quelques années par différents organismes (FPInnovations, Agence de gestion intégrée des ressources, Coopératives forestières, etc.), au niveau de la récolte et de la valorisation de la biomasse forestière, portent aujourd’hui à croire que le concept qui permettrait d’accroître à la fois le potentiel d’approvisionnement et l’optimisation des possibilités d’utilisation de la biomasse, serait le Centre de valorisation de la biomasse (complexe spécialisé). Ce concept innovateur permettrait de diriger la bonne matière à la bonne place et au meilleur coût, de préparer et livrer la biomasse à partir d’un complexe spécialisé. Ce complexe aurait pour mission de maximiser la valeur de la biomasse en produisant des produits adaptés à la demande, afin d’optimiser les possibilités d’utilisation de cette matière première. Ce projet propose de modéliser ce concept, inspiré d’une étude récente du CRIQ publié en 2009, le Centre de valorisation de la fibre. Un élément important qui s’ajoute à ce projet innovateur est que la Coopérative pour la valorisation de la biomasse dont les membres sont : la Coopérative forestière de Girardville, la Coopérative forestière de Petit-Paris, l’Agence de gestion intégrée des ressources, le Conseil des Montagnais via DPI et la MRC de Maria-Chapdelaine ont obtenu de la Ministre des Ressources naturelles et de la Faune, un volume de biomasse en forêt publique pour une durée de cinq ans sur un territoire qui touche la totalité du territoire de la Forêt modèle du Lac-Saint-Jean. Cette nouvelle Coopérative de valorisation de la biomasse prône le développement collectif et local de la filière biomasse et désire mettre en place un modèle innovateur de valorisation de la biomasse. À ce moment, il est opportun de développer cette nouvelle filière qui risque d’apporter beaucoup aux communautés, de là l’importance de bien faire les choses en se donnant une vision stratégique de développement

Complementary methods for the determination of the just-suspended speed and suspension state in a viscous solid-liquid mixing system

A poor understanding of mixing dynamics may lead to major economic losses in numerous industries due to poor yields and waste of raw materials. Then processes can be optimized through a better understanding of solid\u2013liquid mixing dynamics. Previous studies have characterized the suspension of solid particles in a viscous medium using a standard high shear impeller (a pitched-blade turbine or PBT) and have measured the fraction of suspended particles using the pressure gauge technique (PGT). Since the PGT cannot be applied in a straightforward way to close-clearance impellers, we developed a novel technique based on the PGT to determine the fraction of suspended particles in a system using a close-clearance impeller such as a double helical ribbon (DHR). We studied a solid\u2013liquid suspension in the laminar and transitional regimes with high particle loadings and a DHR. Since the dynamic pressure cannot be subtracted from the total pressure determined by the PGT, we developed two alternative methods. The first was the pressure difference method, which we used to determine a range of speeds where Njs is located. The second was the sedimentation-based method which we used to accurately quantify Njs and effectively eliminate the dynamic pressure. Their pertinence and applicability were demonstrated.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye