L'objectif général de cette thèse était de déterminer la variation de la qualité du bois de l'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) et du pin gris (Pinus banksiana Lamb.), qui sont parmi les plus importantes espèces forestières au Canada d'un point de vue économique. Notamment, en modélisant la variation de l'âge de transition entre bois juvénile et bois mature, ainsi que la proportion de bois juvénile et de bois mature chez ces deux espèces. Notre hypothèse générale était que la structure et les caractéristiques du matériau bois en général et de la fibre ligneuse en particulier varient en fonction de l'âge cambial, de la position longitudinale et du taux de croissance des arbres.

Le matériel provenait de la forêt expérimentale de Petawawa, Ontario, Canada. Le matériel pour la première, la deuxième et la troisième étude était constitué d'épinettes blanches issues d'un traitement d'éclaircie commerciale (32 arbres), avec un ajout de 12 arbres issus d'un test d'espacement initial pour la deuxième étude. Un test de provenance sur 22 origines de pin gris (61 arbres) a constitué la base de la quatrième étude.

L'objectif de la première étude était d'établir les corrélations phénotypiques entre les propriétés anatomiques et physiques du bois et la croissance radiale de l'arbre. La deuxième étude visait à calibrer et valider des modèles de prédiction de la longueur et du diamètre des trachéides de l'épinette blanche. L'objectif principal de la troisième étude était de comparer trois approches analytiques d'estimation de l'âge de transition. La quatrième étude visait à examiner la variation de plusieurs attributs de qualité du bois du pin gris dans un test de provenance.

Nous avons examiné les relations phénotypiques entre la croissance radiale, les propriétés anatomiques et physiques chez l'épinette blanche. À l'exception de quelques cas, toutes les propriétés anatomiques étaient fortement corrélées. Les attributs liés à la croissance étaient corrélés ensemble, mais de manière plus forte dans le bois mature comparativement au bois juvénile. Les propriétés physiques étaient généralement positivement corrélées, autant dans le bois juvénile que dans le bois mature. Au niveau de l'arbre, une faible masse volumique dans le bois initial ou une masse volumique élevée dans le bois final sont associées à des trachéides plus longues et plus larges. Une masse volumique du bois initial plus élevée, couplée avec une masse volumique du bois final plus faible favorisait l'homogénéité de la masse volumique à l'intérieur du cerne. L'homogénéité de la masse volumique du cerne était également favorisée par une proportion du bois final plus élevée. Une augmentation de la largeur des cernes favorisait l'homogénéité de la masse volumiquedu cerne, un critère important de la qualité du bois particulièrement pour le déroulage et le tranchage.
Des régressions linéaires ont été développées pour prédire la longueur et le diamètre des trachéides chez l'épinette blanche. D'après les résultats obtenus, l'âge cambial était le plus important facteur prédictif de la longueur des trachéides. La distance depuis le sommet de l'arbre et l'âge cambial étaient les plus importantes variables explicatives du diamètre des trachéides. Les valeurs intracernes et intercernes de la longueur et du diamètre des trachéides augmentaient de la moelle vers l'écorce. La longueur des trachéides augmentait de la hauteur de poitrine vers le sommet de l'arbre, en considérant les valeurs à des âges cambiaux fixes. Le diamètre des trachéides diminuait de la base de l'arbre vers le sommet, en considérant les valeurs à une même année calendaire. Les modèles finaux ont permis d'expliquer 82 % de la variation de la longueur des trachéides de l'arbre entier. À hauteur de poitrine, 83 % de la variation de la longueur des trachéides a été expliquée en utilisant la longueur des trachéides du troisième cerne depuis la moelle. Jusqu'à 87 % de la variation a été expliquée avec le modèle incluant la longueur moyenne des trachéides dans le bois juvénile. Le modèle de prédiction du diamètre des trachéides, proposé par West, Brown et Enquist (1999) a permis de prédire 86 % de la variation dimensionnelle de cette propriété dans la direction longitudinale, en échantillonnant la même année calendaire.

Nous avons estimé l'âge de transition du bois juvénile au bois mature en utilisant la longueur des trachéides chez l'épinette blanche. Trois modèles statistiques différents ont été évalués : deux régressions segmentées et une régression polynomiale (MIXTE) du troisième ordre. L'âge de transition moyen à hauteur de poitrine se trouvait entre 11 et 27 cernes depuis la moelle, selon le modèle. D'un point de vue statistique, le modèle MIXTE du troisième ordre présentait une meilleure estimation de l'âge de transition, suivie par le modèle segmenté maximum-quadratique-linéaire, pour terminer avec la régression linéaire segmentée. Le modèle linéaire MIXTE et segmenté maximum-quadratique-linéaire étaient statistiquement différents, mais estimaient des âges de transition comparables. La régression linéaire segmentée était statiquement différente des deux autres, et estimait un âge de transition de beaucoup inférieur aux premiers. L'âge de transition déterminé avec le modèle maximum-quadratique-linéaire, et encore plus avec le modèle MIXTE se trouvait dans la zone définie comme mature, c'est-à-dire où la longueur des trachéides a atteint la phase de stabilisation. L'âge de transition estimé avec la régression linéaire segmentée se trouvait dans la zone du bois de transition. L'âge de transition déterminé avec le modèle MIXTE, et le modèle maximum-quadratique-linéaire semblait adéquat pour la fabrication de papier avec une bonne résistance à la déchirure, contrairement à l'estimation de la régression linéaire segmentée. La proportion de bois juvénile représentait de 15,3 % à 47,5 % de la surface terrière à hauteur de poitrine. Par rapport au modèle maximum-quadratique-linéaire, le modèle MIXTE surestimaitl'âge de transition, la largeur et la proportion du bois juvénile. Ces deux modèles surestimaient ces propriétés par rapport à la régression linéaire segmentée. Les résultats ont montré que la conception mathématique de la maturation a eu une grande influence sur la valeur de l'âge de transition. La zone de bois juvénile était conique, indépendamment du modèle utilisé.

Un test de provenance de pin gris (Pinus banksiana Lamb.) a été utilisé pour déterminer l'influence de l'origine des graines sur la qualité du bois. Vingt-deux provenances, pour un total de 61 arbres plantés dans la forêt expérimentale de Petawawa, Ontario, Canada, en 1964, ont été utilisées. À la suite d'estimations faites avec la longueur des trachéides et une régression linéaire segmentée, il résulte que le bois des provenances a atteint la maturité entre 8 à 14 ans, correspondant de 17 % à 48 % de proportion de bois juvénile des arbres. D'un point de vue statistique, des différences entre provenances étaient significatives pour la largeur du cerne, la masse volumique, la longueur des trachéides et le diamètre à hauteur de poitrine, en considérant toutes les données de la moelle vers l'écorce. Les variations des autres attributs de qualité du bois, à savoir le diamètre des trachéides, la hauteur des arbres, l'âge de transition et la proportion de bois juvénile n'étaient pas significatives. Quand la section de la moelle vers l'écorce était subdivisée en ses deux composantes, à savoir le bois juvénile et le bois mature, les variations étaient significatives dans les deux zones pour la largeur du cerne et la masse volumique du bois. Par contre, la longueur des trachéides variait seulement dans le bois mature quand une subdivision était effectuée. Il était possible de trouver des provenances présentant à la fois un taux de croissance élevé, et une bonne qualité du bois. De ce fait, il était possible de sélectionner des sources de semences ayant un taux de croissance élevé, et de bonnes propriétés physiques et anatomiques du bois. Contrairement à ce qui a été décrit pour la majorité des résineux, le diamètre des trachéides du pin gris n'augmentait pas de la moelle vers l'écorce comme la longueur des trachéides. En effet, le diamètre des trachéides a d'abord augmenté pendant les huit premières années, avant de diminuer vers l'écorce.

Estimations of transition age (TA) and juvenile wood proportion (JWP) are important for wood industries due to their impact on end-product quality. However, the relationships between analytical determination of TA based on tracheid length (TL) and recognized thresholds for adequate end products have not yet been established. In this study, we used three different statistical models to estimate TA in white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) based on TL radial variation. We compared the results with technological maturity. A two-millimeter threshold, previously suggested for good paper tear strength, was used. Tracheid length increased from pith to bark and from breast height to upper height. Juvenile wood (JW) was conical with the three models. At breast height, TA ranged from 11 to 27 years and JWP ranged from 15.3% to 47.5% across the three models. The linear mixed model produced more conservative estimates than the maximum-quadratic-linear (M_Q_L) model. Both the linear mixed model and the M_Q_L model produced more conservative TA estimates than the piecewise model. TA estimates by the MIXED model, and to a lesser extent by the M_Q_L model, were equivalent to those for real mature wood, whereas TA estimates by the piecewise model were considerably lower, falling into the transition wood area.